EP3502638A1 - Pyroelectric sensor with electromagnetic shielding comprising a composite material - Google Patents

Pyroelectric sensor with electromagnetic shielding comprising a composite material Download PDF

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EP3502638A1
EP3502638A1 EP18214876.7A EP18214876A EP3502638A1 EP 3502638 A1 EP3502638 A1 EP 3502638A1 EP 18214876 A EP18214876 A EP 18214876A EP 3502638 A1 EP3502638 A1 EP 3502638A1
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EP
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stage
pixels
pixel
nanowires
electromagnetic shielding
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • G01J5/34Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
    • G01J2005/345Arrays

Definitions

  • the invention relates to a thermal pattern sensor of the pyroelectric sensor type.
  • Such a sensor forms for example a papillary impression sensor, in particular a fingerprint sensor.
  • a pyroelectric sensor exploits the pyroelectricity properties of a material, i.e. its ability to generate electrical charges in response to a temperature change.
  • Such a sensor comprises a matrix of pyroelectric capacitors, each forming a transducer for translating a temporal variation of temperature into an electrical signal.
  • Each pyroelectric capacitance comprises a pyroelectric material portion, disposed between a lower electrode and an upper electrode.
  • One of the electrodes is set at a constant potential, and forms a reference electrode.
  • the other electrode called the charge collection electrode, collects pyroelectric charges generated by the pyroelectric material in response to a temperature change.
  • the charge collection electrode is connected to a read circuit for measuring the amount of charge collected.
  • the detection can simply exploit a temperature difference between this object and said contact surface.
  • the sensor then performs passive type detection.
  • the finger In the case of a fingerprint detection, the finger is pressed against the contact surface of the sensor.
  • the finger At the level of the peaks of the impression, the finger is in direct physical contact with the sensor. A heat transfer between the skin and the contact surface of the sensor is carried out by conduction, which leads to a first time variation of temperature.
  • the finger At the valleys of the footprint, the finger is not in direct physical contact with the sensor. Thermal transfer between the skin and the contact surface of the sensor takes place through the air. The air exhibits thermal insulating properties, which leads to a second, less important temporal variation in temperature.
  • the difference between these two temporal variations of temperature results in a difference between the signals measured by the pyroelectric capacitors, according to whether they are under a valley or under a crest of the footprint.
  • the image of the impression then has a contrast that depends on this difference.
  • the temperature of the finger and the temperature of the contact surface homogenize, and it is no longer possible to obtain a satisfactory contrast.
  • heating means are added under the contact surface, to dissipate a certain amount of heat in each pixel of the sensor.
  • the temperature variation measured in each pixel of the sensor then relates to the extent to which this amount of heat is removed from the pixel. This makes it possible to improve and conserve over time the contrast of an image acquired using said sensor.
  • the sensor then performs an active type detection. Such a sensor is described for example in the patent application EP 2 385 486 .
  • the temperature variation is important at the valleys of the footprint, where the heat is transferred to the finger only through the air, and lower at the level of the fingers. crests of the impression, where the heat is transferred efficiently to the finger, by conduction.
  • a pyroelectric sensor advantageously comprises a so-called electromagnetic shielding stage, that is to say an electrically conductive stage, capable of being connected to a source of potential. constant, and forming an electromagnetic shield between an object to be imaged applied against the contact surface of the sensor, and the pyroelectric material portions of the sensor pixels.
  • the electromagnetic shielding stage provides protection against electrostatic disturbances, especially around 50 Hz, avoiding the recovery of electromagnetic noise in the measurements made. It also protects the sensor against electrostatic discharges, brought by the contact of the object to be imaged against the contact surface of the sensor. In the case of a papillary impression sensor, it provides protection against electrostatic discharges caused by contact with the skin when the finger touches the contact surface of the sensor.
  • French patent application no. 16 57391 filed on July 29, 2016 describes an example of a pyroelectric sensor capable of performing active type detection, and comprising such an electromagnetic shielding stage.
  • the electromagnetic shielding stage consists of a single layer of electrically conductive material.
  • the electromagnetic shielding stage extends between the contact surface of the sensor, and the pyroelectric material portions of the sensor pixels, preferably under a protective layer of the sensor.
  • the electromagnetic shielding stage In order not to hinder the heat exchange between an object to be imaged, pressed against said contact surface, and the pyroelectric material portions, the electromagnetic shielding stage must be able to transmit the heat.
  • this stage consists of a layer of a material having too high thermal conductivity, there is a risk that the heat propagates laterally in the electromagnetic shielding stage, from one pixel to the other of the sensor. This phenomenon, called diathermy, prevents a thermal pattern on the contact surface from reproducing faithfully at the pyroelectric material portions.
  • this stage consists of a layer of a material having too low thermal conductivity
  • the heat exchanges through this stage are slowed down, also slowing the reading of the sensor pixels. This slower reading can be difficult, especially for large sensors.
  • An object of the present invention is to propose a solution for the electromagnetic shielding stage of a pyroelectric sensor to provide a high heat transfer rate, while limiting the heat transfer from one pixel to the other of the sensor.
  • the pixel array further comprises an electrically conductive electromagnetic shielding stage located between the stage comprising a pyroelectric material and a contact surface for applying thereon an object to be imaged.
  • the electromagnetic shielding stage comprises a shielding layer which comprises nanowires and / or nanotubes bathed in a medium called surrounding medium.
  • Said nanowires and / or nanotubes each consist of a material having a thermal conductivity greater than that of said surrounding medium.
  • a ratio between a pixel distribution pitch of the pixel matrix and a thickness of the shielding layer is greater than or equal to 20.
  • the material of the nanowires and / or nanotubes forms a good thermal conductor, in comparison with said surrounding medium.
  • this material has a thermal conductivity greater than a factor of at least 10, and even at least 20, to the thermal conductivity of said surrounding medium.
  • the material of the nanowires and / or nanotubes is, for example, metal or carbon.
  • the material of the nanowires and / or nanotubes is in addition an electrically conductive material.
  • the nanowires and / or nanotubes thus provide rapid heat transfer through the shielding layer, the heat propagating rapidly in the shielding layer through said nanowires and / or nanotubes.
  • the nanowires and / or nanotubes have in common to each have an elongate structure and reduced diameter. This structure makes it possible to limit heat transfers from one pixel to the other of the pixel matrix, when the heat passes through the shielding layer via the nanowires and / or nanotubes.
  • the thickness of the shielding layer is much less than a distribution pitch of the pixels of the pixel matrix.
  • This thickness is for example less than or equal to 1.5 microns, preferably less than or equal to 1.0 microns. This thickness is for example 600 nm.
  • the pixel pitch is in turn greater than or equal to 20 ⁇ m, and preferably greater than or equal to 50 ⁇ m.
  • a ratio between the pixel pitch and the thickness of the shielding layer is advantageously greater than or equal to 20, and even greater than or equal to 50.
  • a nanowire or nanotube even if it is only slightly inclined relative to the plane of the substrate, passes through the shielding layer over a large part of its thickness, without extending over many pixels of the pixel matrix.
  • the high ratio between the pixel pitch and the thickness of the shielding layer thus makes it possible to limit heat transfer from one pixel to the other of the pixel matrix, while offering good heat transfer in the layer. shielding, in the direction of its thickness.
  • the characteristic dimensions of the thermal pattern to be imaged are of the order of several pixels, a nanowire or nanotube may protrude over neighboring pixels without this resulting in a critical detection error.
  • an overshoot rate on the neighboring pixel is to be divided by the characteristic dimension of the thermal pattern, in pixels, to obtain the error rate in detection.
  • the nanowires or nanotubes each have a length less than or equal to the width of a pixel.
  • the width of a valley or crest of a fingerprint corresponds to about 10 pixels of the sensor.
  • the detection error will be only 2% (20% / 10).
  • the electromagnetic shielding stage according to the invention can furthermore form the reference electrodes of the pixels of the pixel matrix.
  • the reference electrodes extend into a sensor stage separate from the electromagnetic shielding stage.
  • the material of the nanowires and / or nanotubes has a thermal conductivity at least ten times greater than that of said surrounding medium.
  • the shielding layer is advantageously made of a composite material, the composite material comprising said nanowires and / or nanotubes integrated in an agglomerate which forms said surrounding medium.
  • the composite material comprises between 20% and 40% by weight of nanowires and / or nanotubes.
  • the binder may be an electrically insulating polymer matrix, the nanowires and / or nanotubes together forming a perforated network.
  • the binder may be an electrically conductive polymer matrix, the nanowires and / or nanotubes together forming a non-perforated network.
  • the nanowires and / or nanotubes advantageously each have a length strictly less than the pixel pitch of the pixel matrix.
  • the composite material may further comprise graphene particles.
  • the composite material may further comprise between 10% and 30% by weight of graphene particles.
  • the composite material preferably comprises between 30% and 40% by weight of binder, when the binder is electrically insulating.
  • the composite material preferably comprises between 45% and 55% by weight of binder, when the binder is electrically conductive.
  • the composite material comprises between 20% and 40% by weight of nanowires and / or nanotubes.
  • the electromagnetic shielding stage may further comprise studs comprising graphene or metal.
  • the height of the pads is greater than or equal to half the height of the shielding layer.
  • the invention also relates to a method for manufacturing the pixel matrix of a thermal pattern sensor according to the invention, in which a step of producing the electromagnetic shielding stage comprises a deposit of an ink comprising, in suspension in a solvent, said nanowires and / or nanotubes.
  • the figures show the axes (Ox), (Oy) and / or (Oz) of an orthonormal coordinate system.
  • the scales are not respected in the figures, in particular the thicknesses of each of the layers and / or stages.
  • the Figures 1A and 1B schematically illustrate a first embodiment of a thermal pattern sensor 100 according to the invention.
  • the Figure 1A is a schematic view from above, in a plane parallel to the plane (xOy).
  • the Figure 1B is a sectional view in a plane AA 'parallel to the plane (yOz).
  • This stack forms a matrix of pixels, in which each pixel comprises at least one pyroelectric capacitance, formed by a pyroelectric material portion disposed between a charge collection electrode, and a reference electrode.
  • the electromagnetic shielding stage 140 also forms a reference electrode common to all the pixels of the pixel array.
  • the substrate 110 is for example made of glass, of silicon, in a pastic such as poly (ethylene terephthalate) (PET), poly (ethylene naphthalate) (PEN), polyimide (Kapton film), etc. It is preferably a flexible substrate, for example a polyimide substrate of 5 microns to 10 microns thick, or a plastic such as PET.
  • PET poly (ethylene terephthalate)
  • PEN poly (ethylene naphthalate)
  • Kapton film polyimide
  • It is preferably a flexible substrate, for example a polyimide substrate of 5 microns to 10 microns thick, or a plastic such as PET.
  • the substrate has an upper face and a lower face parallel to each other, and parallel to the plane (xOy).
  • the plane of the substrate designates a plane parallel to these lower and upper faces.
  • the charge collection electrode stage 120 here comprises an array of charge collection electrodes 121 arranged in rows and columns along the axes (Ox) and (Oy).
  • the charge collection electrodes are made of a metal such as gold or silver, or any other electrically conductive material.
  • the distribution pitch is for example about 80 microns (a resolution of 320 dpi), or 90 microns. As a variant, the distribution pitch may be 50.8 ⁇ m (ie a resolution of 500 dpi).
  • Each of the charge collection electrodes 121 delimits, here laterally, the pyroelectric capacitance 10 of one of the pixels of the pixel matrix (see FIG. Figure 1B ).
  • the stage 130 comprising a pyroelectric material is constituted here of a full layer comprising polyvinylidene fluoride (PVDF) or one of its derivatives (in particular the copolymer PVDF-TrFE, TrFE for tri-fluoro-ethylene) .
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the layer 130 comprises aluminum nitride (AIN), barium titanate (BaTiO 3 ), lead Titano-Zirconate (PZT), or any other pyroelectric material.
  • AIN aluminum nitride
  • BaTiO 3 barium titanate
  • PZT lead Titano-Zirconate
  • the layer 130 extends in one piece, and without opening, covering all of the charge collection electrodes 121 of the stage 120.
  • the electromagnetic shielding stage 140 forms an electrically conductive stage, comprising a shielding layer made of a composite material described hereinafter.
  • the stage 140 preferably extends in one piece, and without opening, above all the charge collection electrodes 121 of the stage 120, that is to say passing through all the pixels of the pixel matrix.
  • the stage 140 also forms a reference electrode, common to all the pixels of the pixel matrix.
  • the electrical insulation layer 160 is made of a dielectric material, for example polyimide. It preferably has a thickness less than 5 microns, for example equal to 1 micron.
  • each pixel of the pixel matrix further comprises a heating element, the heating elements extending here in the heating stage 170.
  • the heating elements of the same row of pixels are electrically interconnected to form a heating band 171.
  • the heating strips 171 are adapted to receive a heating current, to provide a heating effect Joule, of to perform an active type detection. They are preferably made of a metal, for example gold or silver.
  • the protective layer 180 forms the outermost layer of the sensor. It makes it possible to limit the wear associated with repeated contacts with an object to be imaged, in particular with the skin.
  • the protective layer 180 is for example a layer of DLC (Diamond Like Carbon), resin, polyimide, etc. It generally has a thickness of between a few micrometers and 25 microns.
  • an object to be imaged such as a papillary impression is applied against said contact surface 181, so as to perform heat exchange with the stage comprising a pyroelectric material.
  • the electromagnetic shielding stage 140 comprises a shielding layer 141, made of composite material, covering all of the charge collection electrodes 121 of the stage 120.
  • a composite material is composed of at least two components, assembled together into a heterogeneous structure. These constituents remain separate and separated in the composite material. They each have different physical or chemical properties.
  • the composite material has properties that each of the constituents, taken alone, does not have. It can be considered that it combines, or average, physical or chemical properties of its various constituents.
  • the electromagnetic shielding stage 140 consists entirely of said shielding layer 141.
  • the binder 1412 forms a surrounding medium in which the metal nanowires 1411 extend.
  • the binder 1412 generally consists of a polymeric material called a polymer matrix. It ensures the cohesion of the metal nanowires 1411, and their holding in position in the shielding layer, fixed relative to each other. It forms a surrounding environment
  • the metal nanowires 1411 are physically isolated from each other by portions of the binder 1412, except, where appropriate, at one or more point (s) of contact between two neighboring nanowires.
  • the density of said contact points increases with the density of metal nanowires 1411 in the composite material.
  • the heat circulates rapidly in the shielding layer, mainly via metal nanowires 1411.
  • the metal nanowires 1411 are generally thermally isolated from each other by portions of the binder 1412. The thermal insulation between the metal nanowires 1411 decreases, as the density of nanowires in the composite material increases.
  • the thickness H of the shielding layer 141 of composite material is defined along the axis (Oz), orthogonal to the plane of the substrate.
  • the pitch P pixel is defined in a plane parallel to the plane of the substrate.
  • the pixels of the pixel matrix are distributed according to a square mesh matrix having the same pitch P along the axes (Ox) and (Oy). If the pixels are distributed according to a mesh defined by several steps, for example a rectangular mesh defined by a step according to (Ox) and a step according to (Oy), consider the smallest of these steps.
  • the pixel pitch P is at least 20 times greater than the thickness H, and even at least 50 times greater than the thickness H.
  • the thickness H is less than 1 ⁇ m, for example equal to 0.6 ⁇ m or 0.5 ⁇ m.
  • the pixel pitch P corresponds to the distribution pitch of the charge collection electrodes, for example 50.8 ⁇ m or 80 ⁇ m, or preferably 90 ⁇ m.
  • the metal nanowires 1411 consist of a material having a thermal conductivity greater than or equal to 100 Wm -1 K -1 .
  • the metal nanowires 1411 comprise, for example, a metal such as silver, gold, copper, aluminum, etc. They are for example silver, with a thermal conductivity of between 400 and 429 Wm -1 K -1 (depending on a level of impurities of the silver metal).
  • the binder 1412 is preferably made of a material having a thermal conductivity less than or equal to 10 Wm -1 K -1 .
  • it consists of a material having a thermal conductivity less than or equal to 1 Wm -1 K -1 .
  • PEDOT poly (3,4-ethylenedioxythiophene)
  • PSS poly (styrene sulfonate) sodium
  • the thermal conductivity of the material forming the metal nanowires 1411 is preferably at least ten times greater than that of the binder 1412.
  • the shielding layer 141 forms an electrically conductive layer. In particular, it must be able to be supplied with voltage, which does not require the conduction of a current throughout said layer.
  • a first solution is to use an electrically insulating binder 1412 combined with a high density of metal nanowires 1411.
  • Nanowires 1412 since they consist of metal, are electrically conductive. In other words, they consist of a material having a low electrical resistivity, for example about 16.10 -9 ⁇ .m for silver, or 23.10 -9 ⁇ .m for gold.
  • the binder is electrically insulating, the electrical conduction is provided by the metal nanowires 1412, which together form a so-called perforated network.
  • couples of two points belonging to two opposite edges of the shielding layer can be connected together by a continuous sequence of nanowires, each in direct physical contact with the next.
  • the electrically insulating binder 1412 is, for example, a polyvinylpyrrolidone (PVP), or poly (methyl methacrylate) (PMMA), or polystyrene (PS), or CYTOP TM (amorphous fluoropolymer) polymer matrix.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • PMMA poly (methyl methacrylate)
  • PS polystyrene
  • CYTOP TM amorphous fluoropolymer
  • This first solution gives access to a wide range of materials to form the binder, and a wide range of inks to achieve the composite material shielding layer (see below).
  • the binder 1412 is electrically conductive.
  • the binder can be in PEDOT: PSS, or in PEDOT, of electrical resistivity equal to 50000.10 -9 ⁇ .m.
  • PEDOT and PEDOT have the advantage that they can be deposited without the need for a controlled atmosphere.
  • other materials are not such as poly (p-phenylene sulfide), polypyrrole (PPY), polythiophene (PT), polyacetylene (PAC), polyaniline (PAni), melanin, organic dielectrics, etc.
  • the electrical resistivity of the material forming the agglomerator 1412 can be much greater than that of a metal, for example greater than or equal to 10000 ⁇ 10 -9 ⁇ .m, since the composite material shielding layer is intended to withstand weak currents only. .
  • the metal nanowires 1412 can together form a non-perforated network.
  • This second solution makes it possible to use a composite material having a low density of metal nanowires, which limits heat transfer from one pixel to the other of the pixel matrix, via one or more nanowires ( s).
  • the metal nanowires 1411 preferably each have a diameter of between 10 nm and 300 nm, more particularly between 10 nm and 100 nm. Such diameters avoid disturbing layers deposited above the shielding layer on the opposite side of the substrate.
  • the metal nanowires 1411 each have a length strictly less than the pixel pitch of the pixel matrix. This length is generally between 5 microns and 100 microns, depending on the size of the pixel pitch.
  • the density of metal nanowires 1411 is preferably between 20% and 40% by weight of the composite material. Such a proportion limits the lateral diffusion of heat via metal nanowires.
  • the composite material 141 preferably comprises between 20% and 30% by weight of metal nanowires 1411.
  • the composite material 141 preferably comprises between 30% and 40% by weight of metal nanowires 1411, for example 35% by weight.
  • the shielding layer 141 made of composite material, has between 200 and 300 nanowires / mm 2 , for example between 220 and 260 nanowires / mm 2 .
  • the first embodiment as described above also has the advantage of not requiring special alignment of the electromagnetic shielding stage relative to the pixels of the pixel matrix.
  • the figure 1C illustrates, in a sectional view in a plane parallel to the plane (yOz), a variant 100 'of the embodiment of the Figures 1A and 1B .
  • This variant does not differ from that of Figures 1A and 1B in that the composite material of the shielding layer 141 'further comprises graphene particles 1413, distributed with the metal nanowires 1411 in the binder 1412.
  • Graphene is a two-dimensional material whose stack constitutes graphite, graphite being a crystallized form of carbon. Graphene is thermally and electrically conductive.
  • the graphene particles denote planar clusters in graphene, distributed here in the shielding layer, and oriented in planes parallel to the plane of the substrate.
  • Graphene particles have a planar geometry. They have a section width of between 1 micron and 10 microns, and a thickness between a few nanometers and 100 nm.
  • the graphene particles are made using a printable ink based on graphene, for example Vor-ink TM ink.
  • the graphene particles, distributed in the composite material, make it possible to direct the temperature locally along the axis (Oz). Thermal transfer is all the more effective as the section of the graphene particles is important.
  • the graphene particles are therefore complementary to metal nanowires, of small section and of great length.
  • the graphene particles also have the advantage of making a good interface with the layer 130 comprising a pyroelectric material.
  • They can further establish electrical and thermal contacts between neighboring nanowires.
  • the composite material comprises for example between 10% and 30% by weight of graphene particles.
  • the preferred amount of graphene particles varies depending on whether the binder 1412 is electrically conductive or not, and depending on the density of metal nanowires.
  • the composite material comprises for example between 10% and 20% by weight of graphene particles. It comprises, for example, 35% by weight of metal nanowires, 50% by weight of agglomerator, and 15% by weight of graphene particles, or even 25% by weight of metal nanowires, 50% by weight of agglomerant, and % by weight of graphene particles.
  • the composite material comprises for example between 20% and 30% by weight of graphene particles. It comprises, for example, 35% by weight of metal nanowires, 40% by weight of binder, and 25% by weight of graphene particles, or even 25% by weight of metal nanowires, 40% by weight of agglomerant, and % by weight of graphene particles.
  • the Figures 2A and 2B schematically illustrate a second embodiment of a thermal pattern sensor 200 according to the invention.
  • the Figure 2A is a schematic view from above (in transparency), in a plane parallel to the plane (xOy).
  • the Figure 2B is a sectional view in a plane BB 'parallel to the plane (yOz).
  • the electromagnetic shielding stage 240 further comprises pads 242, each pad being constituted by a thermally conductive material such as graphene or a metal.
  • the pads 242 are entirely in the shielding layer of composite material.
  • the electromagnetic shielding stage 240 consists of the shielding layer of composite material and said pads 242.
  • each pixel of the pixel matrix comprises a single and single pad 242.
  • each pixel of the pixel matrix comprises a portion of the electromagnetic shielding stage 240, and said portion receives a single pad 242.
  • the geometric center of a pad 242 and the geometric center of the associated pixel together define an axis parallel to the axis (Oz).
  • each stud 242 sinks, along the axis (Oz) orthogonal to the plane of the substrate, on less than half the thickness H of the shielding layer of composite material.
  • the diameter D is less than the pixel pitch of the pixel matrix, for example two times smaller than the pitch of the pixel matrix.
  • This diameter D is for example 10 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between 50 ⁇ m and 60 ⁇ m.
  • the studs 242 are undersized on the Figures 2A and 2B .
  • the pads 242 are physically isolated from each other, without direct physical contact between them.
  • the studs 242 cooperate with the metal nanowires of the composite material, to promote heat transfer along the axis (Oz), in the electromagnetic shielding stage 240, and limit transverse heat transfer in said stage 240, in planes (xOy ).
  • the pads are made using a printable ink, for example a graphene-based ink, for graphene pads, or a metal ink, for pads comprising a metal.
  • a printable ink for example a graphene-based ink, for graphene pads, or a metal ink, for pads comprising a metal.
  • the invention is not limited to studs 242 in the form of a cylinder of revolution.
  • They may have a shape comprising a cylindrical central body vertically framed between a hat and a concave foot.
  • the diameter of a pad then corresponds to the diameter of its central cylindrical body.
  • the studs have non-circular sections in planes parallel to the plane of the substrate, for example square or rectangular sections, side included for example between 10 microns and 40 microns.
  • the diameter of a stud is the greatest length measured along a rectilinear axis, on this stud, in a plane parallel to the plane of the substrate.
  • the pads are distinguished from any graphene particles of the composite material, in particular by their dimensions: their diameter is greater than 10 microns.
  • the Figure 2C illustrates, in a sectional view in a plane parallel to the plane (yOz), a variant 200 'of the embodiment of the Figures 2A and 2B .
  • the composite material further comprises graphene particles 2413, distributed with the metal nanowires 2411 in the binder 2412.
  • the Figures 3A and 3B schematically illustrate a third embodiment of a thermal pattern sensor 300 according to the invention.
  • the figure 3A is a schematic view from above, in a plane parallel to the plane (xOy).
  • the figure 3B is a sectional view in a plane CC 'parallel to the plane (xOz).
  • each pixel comprises a heating element, and these heating elements are used for passive addressing of the sensor pixels.
  • the heating elements of the same pixel line are electrically interconnected to form a heating band 371.
  • Each heating band 371 is configured to be activated independently of the other heating strips.
  • the heating elements of the pixels of the same pixel line are able to heat the pyroelectric material portions of the pixels of said line, independently of the heating elements of the pixels of the other lines.
  • the heating strips 371 each have a first end, adapted to be connected to a non-zero electrical potential, and a second end, preferably connected to ground.
  • the second ends of all the heating strips are interconnected via a conductive portion 373.
  • each charge collection macro-electrode 321 is formed by an electrically conductive strip, in contact with the pyroelectric material portions of the pixels of said column of pixels, and distinct from the electrically conductive bands forming the charge collection macroelectrodes of the other columns of pixels.
  • Each macro-charge collection electrode 321 makes it possible to measure the sum of the pyroelectric charges generated in the same column of pixels. If only one of the heating bands 371 is activated at each instant, in each column of pixels there is only one pixel that generates pyroelectric charges. The pyroelectric charges collected by the macro charge collection electrode 321 then relate to this single pixel. Passive pixel addressing of the sensor is thus performed.
  • the contact surface 381 of the sensor is formed here by an upper face of the protective layer 380, on the side opposite the substrate 310.
  • the charge collection electrode stage 320 is similar to that described with reference to FIGS. Figures 1A and 1B except that the charge collection electrodes of the same column of pixels are formed together in one piece. They are distributed, along the axis (Ox), in a distribution pitch less than or equal to 150 microns, for example 90 microns, or 80 microns, or 50.8 microns.
  • the heating strips 371 of the heating stage 370 are distributed, along the axis (Oy), preferably in a distribution pitch identical to the distribution pitch of the charge collection macroelectrodes 321.
  • the heating bands of the stage 370 are preferably distributed in a pitch less than or equal to 150 microns, for example 90 microns, or 80 microns, or 50.8 microns.
  • the heating strips 371 preferably comprise a metal, for example gold or silver.
  • Each pixel of the pixel matrix is laterally delimited by the intersection between a charge collection macroelectrode 321 and a heating band 371.
  • each pixel is delimited laterally in planes parallel to the plane of the substrate, by the contours of the intersection between the orthogonal projection, in such a plane, of a macro-charge-collecting electrode 321, and the orthogonal projection, in this same plane, of a heating band 371 .
  • Each pixel 30 receives a single pad 342 of the electromagnetic shielding stage 340.
  • This stud therefore extends, in the electromagnetic shielding stage 340, through an intersection region located in a plane parallel to the plane of the substrate, at the intersection between an orthogonal projection of a macro-electrode 321 and a orthogonal projection of a heating strip 371.
  • the figure 3C illustrates a variant 300 ', which differs from the embodiment of the Figures 3A and 3B in that the electromagnetic shielding stage extends above the heating stage.
  • each heating line of the heating stage 370 ' also forms a reference electrode, common to all the pixels of a row of pixels of the pixel matrix.
  • Said heating line is adapted to be connected to a source of potential, itself adapted to circulate a non-zero current in the heating line. This current must remain constant during the reading of the loads on the charge collection electrodes of the associated pixels.
  • said source of potential advantageously alternates between two constant values: a zero value where the heating line does not heat, and a non-zero value where the heating line provides heating by Joule effect.
  • the heating stage 370 comprises pairs of two strips parallel to each other, one dedicated to heating a line of pixels, and the other forming a common reference electrode for the pixels of the same line. pixels.
  • the electromagnetic shielding stage does not comprise thermally conductive pads.
  • the charge collection electrodes of the same column of pixels are not interconnected, and the addressing of the pixels is of the active type and requires selection means in each pixel, such as transistors.
  • the composite material in the electromagnetic shielding stage 340, or 340 ' further comprises graphene particles.
  • the invention applies to any type of thermal sensor comprising a matrix of pyroelectric capacitors, with or without heating elements, with separate heating elements or arranged in heating strips parallel to each other.
  • the elongated electrically conductive structures of the shielding layer are metal nanowires.
  • it may be nanotubes, in particular carbon nanotubes.
  • said elongated electrically conductive structures do not extend in an agglomerate such as a polymeric host matrix, but are entangled with each other and surrounded by a gas such as air forming the medium. surrounding according to the invention. The surrounding environment being then electrically non-conductive, the elongated electrically conductive structures then extend into a pierced network.
  • the invention applies more particularly to sensors in which a distance between the contact surface and the plane of the upper faces of the lower electrodes of the pyroelectric capacitors, and less than or equal to the pixel pitch of the sensor.
  • the thermal pattern sensor according to the invention may comprise heating elements which are not interconnected along heating lines.
  • the invention is also not limited to active type detection, and also covers sensors suitable for passive type detection, without heating element for heating the pyroelectric material portions of the sensor pixels.
  • each pixel of the pixel matrix may comprise a plurality of pads of the electromagnetic shielding stage.
  • the electromagnetic shielding stage extends between the stage comprising a pyroelectric material and the contact surface of the sensor.
  • intermediate stages can be located between the electromagnetic shielding stage and the stage comprising a pyroelectric material, respectively between the electromagnetic shielding stage and the contact surface.
  • a protective layer advantageously extends between the electromagnetic shielding stage and the contact surface, distinct from the electromagnetic shielding stage. In any case, a protective layer forms a layer distinct from the electromagnetic shielding stage.
  • the electromagnetic shielding stage consists entirely of the shielding layer of composite material as described above, or of an assembly comprising thermally conductive pads and said shielding layer.
  • the sensor may include at least one read circuit, for measuring a quantity of charges collected by a charge collection electrode, and, if necessary, at least one heating control circuit, for sending electrical signals enabling heat the sensor pixels through the heating elements. It may further comprise an electronic processing circuit suitable for constructing an image overall of a thermal pattern, from measurements made at each pixel of the sensor.
  • the thermal pattern that can be imaged by the sensor may be a papillary impression, or any other pattern associated with an object having a thermal capacity and a specific heat.
  • composition of the composite material corresponds to the composition of the ink after removal of the solvent.
  • the ink comprises only metal nanowires, suspended in a solvent. After evacuation of the solvent, only the metallic nanowires remain.
  • spaces between the metal nanowires are subsequently filled by the material of a layer deposited subsequently above the metal nanowires, for example the material of an electrical insulation layer.
  • the material of a layer then deposited above the metal nanowires fails to fit between the nanowires, so that the nanowires remain surrounded by a gas such as air.
  • the solvent is chosen so as not to dissolve the layer on which the ink is deposited, for example so as not to dissolve a layer comprising a pyroelectric material.
  • polystyrene agglomerating agent
  • butyl acetate, propyl acetate or PGMEA propylene glycol methyl ether acetate
  • it may be a solvent which does not dissolve the PVDF and which dissolves the PMMA (binder), such as 2-methoxyethanol, butyl acetate, ethoxyethanol, ethyl acetate, propyl acetate, or the PGMEA.
  • PMMA binder
  • it may be a solvent that does not dissolve the PVDF and dissolves the PEDOT: PSS or PAni (binder), such as water.
  • the ink is deposited to extend in one piece and without opening above the substrate.
  • the ink is deposited by a printing technique such as screen printing, inkjet printing, rotogravure, flexo-engraving, offset etching, etc.
  • pads of thermally conductive material are formed above the stage comprising a pyroelectric material, before said step of depositing the ink.
  • the pads can also be made by depositing an ink.
  • the ink comprises nanotubes, in particular carbon nanotubes, in addition to or in place of the metal nanowires.

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Abstract

L'invention concerne un capteur de motifs thermiques (100) comportant une matrice de capacités pyroélectriques.Le capteur comporte en outre un étage de blindage électromagnétique (140), électriquement conducteur, situé entre un étage (130) comprenant un matériau pyroélectrique et une surface de contact (181) du capteur.L'étage de blindage électromagnétique (140) comprend une couche de blindage (141) qui comporte des nanofils et/ou nanotubes (1411) baignant dans un milieu environnant (1412).Lesdits nanofils et/ou nanotubes (1411) présentent une conductivité thermique supérieure à celle dudit milieu environnant (1412).Un rapport entre un pas de répartition () des pixels de la matrice de pixels et une épaisseur () de la couche de blindage (141) est supérieur ou égal à 20.L'invention permet d'obtenir à la fois des transferts de chaleur rapides à travers l'étage de blindage électromagnétique, et de faibles transferts latéraux de chaleur, d'un pixel à l'autre du capteur.A thermal pattern sensor (100) having an array of pyroelectric capacitors.The sensor further includes an electrically conductive electromagnetic shielding stage (140) located between a stage (130) comprising a pyroelectric material and a surface contact (181) of the sensor.The electromagnetic shielding stage (140) comprises a shielding layer (141) which comprises nanowires and / or nanotubes (1411) immersed in a surrounding medium (1412). Said nanowires and / or nanotubes (1411) have a thermal conductivity greater than that of said surrounding medium (1412) .A ratio between a pitch () of pixels of the pixel matrix and a thickness () of the shielding layer (141) is greater than or equal to 20. The invention provides both rapid heat transfer through the electromagnetic shielding stage, and weak lateral heat transfer from one pixel to the other of the electromagnetic shielding stage. sensor.

Description

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

L'invention se rapporte à un capteur de motifs thermiques de type capteur pyroélectrique.The invention relates to a thermal pattern sensor of the pyroelectric sensor type.

Un tel capteur forme par exemple un capteur d'empreinte papillaire, notamment un capteur d'empreinte digitale.Such a sensor forms for example a papillary impression sensor, in particular a fingerprint sensor.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURESTATE OF THE PRIOR ART

Un capteur pyroélectrique exploite les propriétés de pyroélectricité d'un matériau, c'est-à-dire sa capacité à générer des charges électriques en réponse à une variation de température.A pyroelectric sensor exploits the pyroelectricity properties of a material, i.e. its ability to generate electrical charges in response to a temperature change.

Un tel capteur comporte une matrice de capacités pyroélectriques, formant chacune un transducteur pour traduire une variation temporelle de température en un signal électrique.Such a sensor comprises a matrix of pyroelectric capacitors, each forming a transducer for translating a temporal variation of temperature into an electrical signal.

Chaque capacité pyroélectrique comporte une portion en matériau pyroélectrique, disposée entre une électrode inférieure et une électrode supérieure. L'une des électrodes est mise à un potentiel constant, et forme une électrode de référence. L'autre électrode, nommée électrode de collecte de charges, collecte des charges pyroélectriques générées par le matériau pyroélectrique en réponse à une variation de température. L'électrode de collecte de charges est connectée à un circuit de lecture, pour mesurer la quantité de charges collectée.Each pyroelectric capacitance comprises a pyroelectric material portion, disposed between a lower electrode and an upper electrode. One of the electrodes is set at a constant potential, and forms a reference electrode. The other electrode, called the charge collection electrode, collects pyroelectric charges generated by the pyroelectric material in response to a temperature change. The charge collection electrode is connected to a read circuit for measuring the amount of charge collected.

En fonctionnement, un objet est appuyé contre une surface de contact du capteur.In operation, an object is pressed against a contact surface of the sensor.

La détection peut exploiter simplement une différence de température entre cet objet et ladite surface de contact. Le capteur réalise alors une détection de type passif.The detection can simply exploit a temperature difference between this object and said contact surface. The sensor then performs passive type detection.

Dans le cas d'une détection d'empreinte digitale, le doigt est appuyé contre la surface de contact du capteur.In the case of a fingerprint detection, the finger is pressed against the contact surface of the sensor.

Au niveau des crêtes de l'empreinte, le doigt est en contact physique direct avec le capteur. Un transfert thermique entre la peau et la surface de contact du capteur s'effectue par conduction, ce qui conduit à une première variation temporelle de température.At the level of the peaks of the impression, the finger is in direct physical contact with the sensor. A heat transfer between the skin and the contact surface of the sensor is carried out by conduction, which leads to a first time variation of temperature.

Au niveau des vallées de l'empreinte, le doigt n'est pas en contact physique direct avec le capteur. Un transfert thermique entre la peau et la surface de contact du capteur s'effectue à travers l'air. L'air présente des propriétés d'isolant thermique, ce qui conduit à une seconde variation temporelle de température, moins importante.At the valleys of the footprint, the finger is not in direct physical contact with the sensor. Thermal transfer between the skin and the contact surface of the sensor takes place through the air. The air exhibits thermal insulating properties, which leads to a second, less important temporal variation in temperature.

La différence entre ces deux variations temporelles de température se traduit par une différence entre les signaux mesurés par les capacités pyroélectriques, selon qu'elles se trouvent sous une vallée ou sous une crête de l'empreinte. L'image de l'empreinte présente alors un contraste qui dépend de cette différence.The difference between these two temporal variations of temperature results in a difference between the signals measured by the pyroelectric capacitors, according to whether they are under a valley or under a crest of the footprint. The image of the impression then has a contrast that depends on this difference.

Après quelques secondes, la température du doigt et la température de la surface de contact s'homogénéisent, et il n'est plus possible d'obtenir un contraste satisfaisant.After a few seconds, the temperature of the finger and the temperature of the contact surface homogenize, and it is no longer possible to obtain a satisfactory contrast.

Pour pallier à cet inconvénient, on ajoute des moyens de chauffage sous la surface de contact, pour dissiper une certaine quantité de chaleur dans chaque pixel du capteur. La variation de température mesurée dans chaque pixel du capteur se rapporte alors à la mesure dans laquelle cette quantité de chaleur est évacuée du pixel. Cela permet d'améliorer et de conserver au cours du temps, le contraste d'une image acquise à l'aide dudit capteur. Le capteur réalise alors une détection de type actif. Un tel capteur est décrit par exemple dans la demande de brevet EP 2 385 486 .To overcome this drawback, heating means are added under the contact surface, to dissipate a certain amount of heat in each pixel of the sensor. The temperature variation measured in each pixel of the sensor then relates to the extent to which this amount of heat is removed from the pixel. This makes it possible to improve and conserve over time the contrast of an image acquired using said sensor. The sensor then performs an active type detection. Such a sensor is described for example in the patent application EP 2 385 486 .

Dans le cas d'une détection d'empreinte digitale, la variation de température est importante au niveau des vallées de l'empreinte, où la chaleur n'est transférée au doigt qu'à travers l'air, et plus faible au niveau des crêtes de l'empreinte, où la chaleur est transférée efficacement au doigt, par conduction.In the case of a fingerprint detection, the temperature variation is important at the valleys of the footprint, where the heat is transferred to the finger only through the air, and lower at the level of the fingers. crests of the impression, where the heat is transferred efficiently to the finger, by conduction.

Quel que soit le type de détection mis en oeuvre, un capteur pyroélectrique comporte avantageusement un étage dit de blindage électromagnétique, c'est-à-dire un étage électriquement conducteur, apte à être connecté à une source de potentiel constant, et formant un blindage électromagnétique entre un objet à imager appliqué contre la surface de contact du capteur, et les portions en matériau pyroélectrique des pixels du capteur. L'étage de blindage électromagnétique offre une protection à l'égard des parasites électrostatiques, notamment autour de 50 Hz, évitant la récupération de bruit électromagnétique dans les mesures réalisées. Il permet également de protéger le capteur à l'égard des décharges électrostatiques, apportées par le contact de l'objet à imager contre la surface de contact du capteur. Dans le cas d'un capteur d'empreinte papillaire, il offre une protection à l'égard des décharges électrostatiques, apportées par le contact avec la peau lorsque le doigt touche la surface de contact du capteur.Whatever the type of detection used, a pyroelectric sensor advantageously comprises a so-called electromagnetic shielding stage, that is to say an electrically conductive stage, capable of being connected to a source of potential. constant, and forming an electromagnetic shield between an object to be imaged applied against the contact surface of the sensor, and the pyroelectric material portions of the sensor pixels. The electromagnetic shielding stage provides protection against electrostatic disturbances, especially around 50 Hz, avoiding the recovery of electromagnetic noise in the measurements made. It also protects the sensor against electrostatic discharges, brought by the contact of the object to be imaged against the contact surface of the sensor. In the case of a papillary impression sensor, it provides protection against electrostatic discharges caused by contact with the skin when the finger touches the contact surface of the sensor.

La demande de brevet français n° 16 57391, déposée le 29 juillet 2016 , décrit un exemple d'un capteur pyroélectrique apte à réaliser une détection de type actif, et comportant un tel étage de blindage électromagnétique. L'étage de blindage électromagnétique y est constitué d'une simple couche en matériau électriquement conducteur.French patent application no. 16 57391, filed on July 29, 2016 describes an example of a pyroelectric sensor capable of performing active type detection, and comprising such an electromagnetic shielding stage. The electromagnetic shielding stage consists of a single layer of electrically conductive material.

L'étage de blindage électromagnétique s'étend entre la surface de contact du capteur, et les portions en matériau pyroélectrique des pixels du capteur, de préférence sous une couche de protection du capteur.The electromagnetic shielding stage extends between the contact surface of the sensor, and the pyroelectric material portions of the sensor pixels, preferably under a protective layer of the sensor.

Afin de ne pas entraver les échanges de chaleur entre un objet à imager, appuyé contre ladite surface de contact, et les portions en matériau pyroélectrique, l'étage de blindage électromagnétique doit pouvoir transmettre la chaleur.In order not to hinder the heat exchange between an object to be imaged, pressed against said contact surface, and the pyroelectric material portions, the electromagnetic shielding stage must be able to transmit the heat.

Cependant, si cet étage est constitué d'une couche d'un matériau présentant une trop forte conductivité thermique, on risque que la chaleur se propage latéralement dans l'étage de blindage électromagnétique, d'un pixel à l'autre du capteur. Ce phénomène, nommé diathermie, empêche qu'un motif thermique sur la surface de contact soit reproduit fidèlement au niveau des portions en matériau pyroélectrique.However, if this stage consists of a layer of a material having too high thermal conductivity, there is a risk that the heat propagates laterally in the electromagnetic shielding stage, from one pixel to the other of the sensor. This phenomenon, called diathermy, prevents a thermal pattern on the contact surface from reproducing faithfully at the pyroelectric material portions.

A l'inverse, si cet étage est constitué d'une couche d'un matériau présentant une trop faible conductivité thermique, les échanges de chaleur à travers cet étage sont ralentis, ralentissant également la lecture des pixels du capteur. Cette lecture plus lente peut poser des difficultés, en particulier pour des capteurs de grandes dimensions.Conversely, if this stage consists of a layer of a material having too low thermal conductivity, the heat exchanges through this stage are slowed down, also slowing the reading of the sensor pixels. This slower reading can be difficult, especially for large sensors.

Un objectif de la présente invention est de proposer une solution pour que l'étage de blindage électromagnétique d'un capteur pyroélectrique offre une grande vitesse de transfert de la chaleur, tout en limitant les transferts de chaleur d'un pixel à l'autre du capteur.An object of the present invention is to propose a solution for the electromagnetic shielding stage of a pyroelectric sensor to provide a high heat transfer rate, while limiting the heat transfer from one pixel to the other of the sensor.

EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION

Cet objectif est atteint avec un capteur de motifs thermiques comportant une matrice de pixels, chaque pixel comportant au moins une capacité pyroélectrique, formée par une portion en matériau pyroélectrique disposée entre une électrode dite de collecte de charges et une électrode dite de référence, et la matrice de pixels comportant, superposées au-dessus d'un substrat :

  • un étage d'électrodes de collecte de charges, comportant les électrodes de collecte de charge de chacun des pixels ; et
  • un étage comprenant un matériau pyroélectrique, comportant les portions en matériau pyroélectrique de chacun des pixels.
This objective is achieved with a thermal pattern sensor comprising a matrix of pixels, each pixel comprising at least one pyroelectric capacitor, formed by a portion of pyroelectric material disposed between a so-called charge collection electrode and a so-called reference electrode, and the matrix of pixels comprising, superposed above a substrate:
  • a charge collection electrode stage, comprising the charge collection electrodes of each of the pixels; and
  • a stage comprising a pyroelectric material, comprising the pyroelectric material portions of each of the pixels.

La matrice de pixels comporte en outre un étage dit de blindage électromagnétique, électriquement conducteur, située entre l'étage comprenant un matériau pyroélectrique et une surface de contact pour y appliquer un objet à imager.The pixel array further comprises an electrically conductive electromagnetic shielding stage located between the stage comprising a pyroelectric material and a contact surface for applying thereon an object to be imaged.

Selon l'invention, l'étage de blindage électromagnétique comprend une couche de blindage qui comporte des nanofils et/ou nanotubes baignant dans un milieu nommé milieu environnant.According to the invention, the electromagnetic shielding stage comprises a shielding layer which comprises nanowires and / or nanotubes bathed in a medium called surrounding medium.

Lesdits nanofils et/ou nanotubes sont constitués chacun d'un matériau présentant une conductivité thermique supérieure à celle dudit milieu environnant.Said nanowires and / or nanotubes each consist of a material having a thermal conductivity greater than that of said surrounding medium.

En outre, un rapport entre un pas de répartition des pixels de la matrice de pixels et une épaisseur de la couche de blindage est supérieur ou égal à 20.In addition, a ratio between a pixel distribution pitch of the pixel matrix and a thickness of the shielding layer is greater than or equal to 20.

Le matériau des nanofils et/ou nanotubes forme un bon conducteur thermique, en comparaison avec ledit milieu environnant. De préférence, ce matériau présente une conductivité thermique supérieure d'un facteur au moins 10, et même au moins 20, à la conductivité thermique dudit milieu environnant.The material of the nanowires and / or nanotubes forms a good thermal conductor, in comparison with said surrounding medium. Preferably, this material has a thermal conductivity greater than a factor of at least 10, and even at least 20, to the thermal conductivity of said surrounding medium.

Le matériau des nanofils et/ou nanotubes est par exemple du métal ou du carbone.The material of the nanowires and / or nanotubes is, for example, metal or carbon.

En pratique, le matériau des nanofils et/ou nanotubes est en outre un matériau électriquement conducteur.In practice, the material of the nanowires and / or nanotubes is in addition an electrically conductive material.

Les nanofils et/ou nanotubes offrent ainsi des transferts thermiques rapides à travers la couche de blindage, la chaleur se propageant rapidement dans la couche de blindage en passant par lesdits nanofils et/ou nanotubes.The nanowires and / or nanotubes thus provide rapid heat transfer through the shielding layer, the heat propagating rapidly in the shielding layer through said nanowires and / or nanotubes.

En outre, les nanofils et/ou nanotubes ont en commun de présenter chacun une structure allongée et de diamètre réduit. Cette structure permet de limiter des transferts de chaleurs d'un pixel à l'autre de la matrice de pixels, lorsque la chaleur traverse la couche de blindage en passant par les nanofils et/ou nanotubes.In addition, the nanowires and / or nanotubes have in common to each have an elongate structure and reduced diameter. This structure makes it possible to limit heat transfers from one pixel to the other of the pixel matrix, when the heat passes through the shielding layer via the nanowires and / or nanotubes.

En outre, l'épaisseur de la couche de blindage, définie selon un axe orthogonal à une face supérieure ou inférieure du substrat, est bien inférieure à un pas de répartition des pixels de la matrice de pixels.In addition, the thickness of the shielding layer, defined along an axis orthogonal to an upper or lower face of the substrate, is much less than a distribution pitch of the pixels of the pixel matrix.

Cette épaisseur est par exemple inférieure ou égale à 1,5 µm, de préférence inférieure ou égale à 1,0 µm. Cette épaisseur vaut par exemple 600 nm.This thickness is for example less than or equal to 1.5 microns, preferably less than or equal to 1.0 microns. This thickness is for example 600 nm.

Le pas de pixel est quant à lui supérieur ou égal à 20 µm, et de préférence supérieur ou égal à 50 µm.The pixel pitch is in turn greater than or equal to 20 μm, and preferably greater than or equal to 50 μm.

Ainsi, un rapport entre le pas de pixel et l'épaisseur de la couche de blindage est avantageusement supérieur ou égal à 20, et même supérieur ou égal à 50.Thus, a ratio between the pixel pitch and the thickness of the shielding layer is advantageously greater than or equal to 20, and even greater than or equal to 50.

Par conséquent, un nanofil ou nanotube, même s'il n'est que légèrement incliné relativement au plan du substrat, traverse la couche de blindage sur une grande partie de son épaisseur, sans pour autant s'étendre sur de très nombreux pixels de la matrice de pixels. Le rapport élevé entre le pas de pixel et l'épaisseur de la couche de blindage permet ainsi de limiter des transferts de chaleur d'un pixel à l'autre de la matrice de pixels, tout en offrant de bons transferts de chaleur dans la couche de blindage, dans le sens de son épaisseur.Therefore, a nanowire or nanotube, even if it is only slightly inclined relative to the plane of the substrate, passes through the shielding layer over a large part of its thickness, without extending over many pixels of the pixel matrix. The high ratio between the pixel pitch and the thickness of the shielding layer thus makes it possible to limit heat transfer from one pixel to the other of the pixel matrix, while offering good heat transfer in the layer. shielding, in the direction of its thickness.

La couche en matériau de blindage, et donc l'étage de blindage électromagnétique selon l'invention, offrent ainsi à la fois :

  • des transferts thermiques rapides, selon un axe (Oz) orthogonal au plan du substrat; et
  • une faible diffusion latérale de la chaleur, d'un pixel à l'autre du capteur.
The layer of shielding material, and therefore the electromagnetic shielding stage according to the invention, thus offer at the same time:
  • rapid thermal transfers along an axis (Oz) orthogonal to the plane of the substrate; and
  • a weak lateral diffusion of the heat, from one pixel to the other of the sensor.

On remarque que, lorsqu'un nanofil ou nanotube dépasse légèrement sur un pixel voisin, cela n'induit pas d'erreur importante en détection puisque la majorité de la chaleur s'étend néanmoins dans le bon pixel. Par exemple, si un nanofil ou nanotube s'étend sur 80% de sa longueur sur un pixel initial P1, et sur 20% de sa longueur sur un pixel voisin P2, l'erreur en détection ne sera que de 20%.Note that when a nanowire or nanotube slightly exceeds a neighboring pixel, this does not induce significant error in detection since most of the heat nevertheless extends into the right pixel. For example, if a nanowire or nanotube extends over 80% of its length on an initial pixel P1, and on 20% of its length on a neighboring pixel P2, the detection error will be only 20%.

On remarque également qu'en fonction des dimensions caractéristiques du motif thermique à imager, relativement à la taille de pixel, on peut tolérer des dépassements plus ou moins importants sur des pixels voisins. Dit autrement, si les dimensions caractéristiques du motif thermique à imager sont de l'ordre de plusieurs pixels, un nanofil ou nanotube peut dépasser sur des pixels voisins sans que cela se traduise par une erreur de détection critique. En particulier, un taux de dépassement sur le pixel voisin est à diviser par la dimension caractéristique du motif thermique, en pixels, pour obtenir le taux d'erreur en détection. Ainsi, il n'est pas obligatoire que les nanofils ou nanotubes présentent chacun une longueur inférieure ou égale à la largeur d'un pixel.It is also noted that, depending on the characteristic dimensions of the thermal pattern to be imaged, relative to the pixel size, it is possible to tolerate more or less significant overruns on neighboring pixels. In other words, if the characteristic dimensions of the thermal pattern to be imaged are of the order of several pixels, a nanowire or nanotube may protrude over neighboring pixels without this resulting in a critical detection error. In particular, an overshoot rate on the neighboring pixel is to be divided by the characteristic dimension of the thermal pattern, in pixels, to obtain the error rate in detection. Thus, it is not mandatory that the nanowires or nanotubes each have a length less than or equal to the width of a pixel.

En pratique, la largeur d'une vallée ou d'une crête d'une empreinte digitale correspond à environ 10 pixels du capteur. Ainsi, si un nanofil ou nanotube s'étend sur 80% de sa longueur sur un pixel initial P1, et sur 20% de sa longueur sur un pixel voisin P2, l'erreur en détection ne sera que de 2% (20%/10).In practice, the width of a valley or crest of a fingerprint corresponds to about 10 pixels of the sensor. Thus, if a nanowire or nanotube extends over 80% of its length on an initial pixel P1, and on 20% of its length on a neighboring pixel P2, the detection error will be only 2% (20% / 10).

Le cas échéant, l'étage de blindage électromagnétique selon l'invention peut former en outre les électrodes de référence des pixels de la matrice de pixels. En variante, les électrodes de référence s'étendent dans un étage du capteur distinct de l'étage de blindage électromagnétique.If necessary, the electromagnetic shielding stage according to the invention can furthermore form the reference electrodes of the pixels of the pixel matrix. Alternatively, the reference electrodes extend into a sensor stage separate from the electromagnetic shielding stage.

De préférence, le matériau des nanofils et/ou nanotubes présente une conductivité thermique au moins dix fois supérieure à celle dudit milieu environnant.Preferably, the material of the nanowires and / or nanotubes has a thermal conductivity at least ten times greater than that of said surrounding medium.

La couche de blindage est avantageusement constituée d'un matériau composite, le matériau composite comportant lesdits nanofils et/ou nanotubes intégrés dans un agglomérant qui forme ledit milieu environnant.The shielding layer is advantageously made of a composite material, the composite material comprising said nanowires and / or nanotubes integrated in an agglomerate which forms said surrounding medium.

De préférence, le matériau composite comporte entre 20% et 40% en poids de nanofils et/ou nanotubes.Preferably, the composite material comprises between 20% and 40% by weight of nanowires and / or nanotubes.

L'agglomérant peut être une matrice polymère électriquement isolante, les nanofils et/ou nanotubes formant ensemble un réseau percolé.The binder may be an electrically insulating polymer matrix, the nanowires and / or nanotubes together forming a perforated network.

En variante, l'agglomérant peut être une matrice polymère électriquement conductrice, les nanofils et/ou nanotubes formant ensemble un réseau non percolé.Alternatively, the binder may be an electrically conductive polymer matrix, the nanowires and / or nanotubes together forming a non-perforated network.

Les nanofils et/ou nanotubes présentent avantageusement chacun une longueur strictement inférieure au pas de pixels de la matrice de pixels.The nanowires and / or nanotubes advantageously each have a length strictly less than the pixel pitch of the pixel matrix.

Le matériau composite peut comporter en outre des particules de graphène.The composite material may further comprise graphene particles.

En particulier, le matériau composite peut comporter en outre entre 10% et 30% en poids de particules de graphène.In particular, the composite material may further comprise between 10% and 30% by weight of graphene particles.

En tout état de cause, le matériau composite comporte de préférence entre 30% et 40% en poids d'agglomérant, lorsque l'agglomérant est électriquement isolant. Le matériau composite comporte de préférence entre 45% et 55% en poids d'agglomérant, lorsque l'agglomérant est électriquement conducteur.In any event, the composite material preferably comprises between 30% and 40% by weight of binder, when the binder is electrically insulating. The composite material preferably comprises between 45% and 55% by weight of binder, when the binder is electrically conductive.

De préférence, le matériau composite comporte entre 20% et 40% en poids de nanofils et/ou nanotubes.Preferably, the composite material comprises between 20% and 40% by weight of nanowires and / or nanotubes.

L'étage de blindage électromagnétique peut comprendre en outre des plots comportant du graphène ou du métal. De préférence, la hauteur des plots est supérieure ou égale à la moitié de la hauteur de la couche de blindage.The electromagnetic shielding stage may further comprise studs comprising graphene or metal. Preferably, the height of the pads is greater than or equal to half the height of the shielding layer.

Selon un mode de réalisation avantageux :

  • chaque pixel comporte en outre un élément de chauffage, apte à chauffer par effet Joule la portion en matériau pyroélectrique dudit pixel ; et
  • un étage de chauffage, comportant les éléments de chauffage de chacun des pixels, s'étend dans la matrice de pixels entre l'étage comprenant un matériau pyroélectrique et la surface de contact.
According to an advantageous embodiment:
  • each pixel further comprises a heating element, able to heat by Joule effect the pyroelectric material portion of said pixel; and
  • a heating stage, comprising the heating elements of each of the pixels, extends in the matrix of pixels between the stage comprising a pyroelectric material and the contact surface.

De préférence, selon ce mode de réalisation avantageux :

  • les éléments de chauffage d'une même ligne de pixels sont formés ensemble d'un seul tenant, en une même bande de chauffage ;
  • les électrodes de collecte de charges d'une même colonne de pixels sont formées ensemble d'un seul tenant, en une même macro-électrode de collecte de charges ; et
  • l'étage de blindage électromagnétique comprend en outre une matrice de plots comportant du graphène ou du métal, chaque plot s'étendant à travers une région d'intersection entre une projection d'une bande de chauffage et une projection d'une macro-électrode de collecte de charges, lesdites projections étant des projections orthogonales dans un plan parallèle à une face supérieure ou inférieure du substrat.
Preferably, according to this advantageous embodiment:
  • the heating elements of the same pixel line are formed together in one piece, in the same heating band;
  • the charge collection electrodes of the same column of pixels are formed together in one piece, in the same macro-charge collection electrode; and
  • the electromagnetic shielding stage further comprises a matrix of studs comprising graphene or metal, each stud extending through an intersection region between a projection of a heating band and a projection of a macro-electrode for collecting charges, said projections being orthogonal projections in a plane parallel to an upper or lower face of the substrate.

La matrice de pixels peut comporter, superposés :

  • l'étage d'électrodes de collecte de charges ;
  • l'étage comprenant un matériau pyroélectrique ;
  • l'étage de blindage électromagnétique, formant en outre les électrodes de référence des pixels de la matrice de pixels ;
  • une couche d'isolation électrique ; et
  • l'étage de chauffage.
The matrix of pixels may comprise, superimposed:
  • the charge collection electrode stage;
  • the stage comprising a pyroelectric material;
  • the electromagnetic shielding stage, further forming the reference electrodes of the pixels of the pixel array;
  • an electrical insulation layer; and
  • the heating stage.

En variante, la matrice de pixels peut comporter, superposés :

  • l'étage d'électrodes de collecte de charges ;
  • l'étage comprenant un matériau pyroélectrique ;
  • l'étage de chauffage, les éléments de chauffage formant en outre les électrodes de référence des pixels de la matrice de pixels ;
  • une couche d'isolation électrique ; et
  • l'étage de blindage électromagnétique.
In a variant, the matrix of pixels may comprise, superimposed:
  • the charge collection electrode stage;
  • the stage comprising a pyroelectric material;
  • the heating stage, the heating elements further forming the reference electrodes of the pixels of the pixel matrix;
  • an electrical insulation layer; and
  • the electromagnetic shielding stage.

L'invention concerne également un procédé de fabrication de la matrice de pixels d'un capteur de motifs thermiques selon l'invention, dans lequel une étape de réalisation de l'étage de blindage électromagnétique comporte un dépôt d'une encre comprenant, en suspension dans un solvant, lesdits nanofils et/ou nanotubes.The invention also relates to a method for manufacturing the pixel matrix of a thermal pattern sensor according to the invention, in which a step of producing the electromagnetic shielding stage comprises a deposit of an ink comprising, in suspension in a solvent, said nanowires and / or nanotubes.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

  • les figures 1A et 1B illustrent de manière schématique un premier mode de réalisation d'un capteur de motifs thermiques selon l'invention ;
  • la figure 1C illustre une variante du mode de réalisation des figures 1A et 1B ;
  • les figures 2A et 2B illustrent de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'un capteur de motifs thermiques selon l'invention ;
  • la figure 2C illustre une variante du mode de réalisation des figures 2A et 2B ;
  • les figures 3A et 3B illustrent de manière schématique un troisième mode de réalisation d'un capteur de motifs thermiques selon l'invention ; et
  • la figure 3C illustre une variante du mode de réalisation des figures 3A et 3B.
The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
  • the Figures 1A and 1B schematically illustrate a first embodiment of a thermal pattern sensor according to the invention;
  • the figure 1C illustrates a variant of the embodiment of the Figures 1A and 1B ;
  • the Figures 2A and 2B schematically illustrate a second embodiment of a thermal pattern sensor according to the invention;
  • the Figure 2C illustrates a variant of the embodiment of the Figures 2A and 2B ;
  • the Figures 3A and 3B schematically illustrate a third embodiment of a thermal pattern sensor according to the invention; and
  • the figure 3C illustrates a variant of the embodiment of the Figures 3A and 3B .

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

Pour plus de clarté, on a représenté sur les figures les axes (Ox), (Oy) et/ou (Oz) d'un repère orthonormé. Les échelles ne sont pas respectées sur les figures, en particulier, les épaisseurs de chacun(e) des couches et/ou étages.For greater clarity, the figures show the axes (Ox), (Oy) and / or (Oz) of an orthonormal coordinate system. The scales are not respected in the figures, in particular the thicknesses of each of the layers and / or stages.

Les figures 1A et 1B illustrent de manière schématique un premier mode de réalisation d'un capteur de motifs thermiques 100 selon l'invention. La figure 1A est une vue schématique de dessus, dans un plan parallèle au plan (xOy). La figure 1B est une vue en coupe dans un plan AA' parallèle au plan (yOz).The Figures 1A and 1B schematically illustrate a first embodiment of a thermal pattern sensor 100 according to the invention. The Figure 1A is a schematic view from above, in a plane parallel to the plane (xOy). The Figure 1B is a sectional view in a plane AA 'parallel to the plane (yOz).

Le capteur de motifs thermiques 100 comporte, superposés au-dessus d'un substrat 110, selon l'axe (Oz) orthogonal à une face supérieure ou inférieure dudit substrat :

  • un étage 120 nommé étage d'électrodes de collecte de charges ;
  • un étage 130 comprenant un matériau pyroélectrique ;
  • un étage 140 de blindage électromagnétique ;
  • une couche d'isolation électrique 160 ;
  • un étage de chauffage 170 ; et
  • une couche de protection 180 (optionnelle).
The thermal pattern sensor 100 comprises, superimposed above a substrate 110, along the axis (Oz) orthogonal to an upper or lower face of said substrate:
  • a stage 120 named stage of charge collection electrodes;
  • a stage 130 comprising a pyroelectric material;
  • a stage 140 of electromagnetic shielding;
  • an electrical insulation layer 160;
  • a heating stage 170; and
  • a protective layer 180 (optional).

Cet empilement forme une matrice de pixels, dans laquelle chaque pixel comporte au moins une capacité pyroélectrique, formée par une portion en matériau pyroélectrique disposée entre une électrode de collecte de charge, et une électrode de référence. Dans ce mode de réalisation, l'étage 140 de blindage électromagnétique forme également une électrode de référence commune à tous les pixels de la matrice de pixels.This stack forms a matrix of pixels, in which each pixel comprises at least one pyroelectric capacitance, formed by a pyroelectric material portion disposed between a charge collection electrode, and a reference electrode. In this embodiment, the electromagnetic shielding stage 140 also forms a reference electrode common to all the pixels of the pixel array.

Le substrat 110 est par exemple en verre, en silicium, en un pastique tel que le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), en poly(naphtalate d'éthylène) (PEN), en polyimide (film Kapton), etc. Il s'agit de préférence d'un substrat souple, par exemple un substrat en polyimide de 5 µm à 10 µm d'épaisseur, ou en un plastique tel que le PET.The substrate 110 is for example made of glass, of silicon, in a pastic such as poly (ethylene terephthalate) (PET), poly (ethylene naphthalate) (PEN), polyimide (Kapton film), etc. It is preferably a flexible substrate, for example a polyimide substrate of 5 microns to 10 microns thick, or a plastic such as PET.

Il présente une face supérieure et une face inférieure parallèles entre elles, et parallèles au plan (xOy). Dans la suite, le plan du substrat désigne un plan parallèle à ces faces inférieure et supérieure.It has an upper face and a lower face parallel to each other, and parallel to the plane (xOy). In the following, the plane of the substrate designates a plane parallel to these lower and upper faces.

L'étage d'électrodes de collecte de charges 120 comporte ici une matrice d'électrodes de collecte de charges 121, disposées en lignes et en colonnes selon les axes (Ox) et (Oy).The charge collection electrode stage 120 here comprises an array of charge collection electrodes 121 arranged in rows and columns along the axes (Ox) and (Oy).

Les électrodes de collecte de charges sont constituées d'un métal tel que l'or ou l'argent, ou tout autre matériau électriquement conducteur.The charge collection electrodes are made of a metal such as gold or silver, or any other electrically conductive material.

Elles sont réparties selon les axes (Ox) et (Oy), selon un pas de répartition inférieur ou égal à 150 µm. Le pas de répartition est par exemple de 80 µm environ (soit une résolution de 320 dpi), ou 90 µm. En variante, le pas de répartition peut être de 50,8 µm (soit une résolution de 500 dpi).They are distributed along the axes (Ox) and (Oy), in a distribution pitch less than or equal to 150 microns. The distribution pitch is for example about 80 microns (a resolution of 320 dpi), or 90 microns. As a variant, the distribution pitch may be 50.8 μm (ie a resolution of 500 dpi).

Chacune des électrodes de collecte de charges 121 délimite ici, latéralement, la capacité pyroélectrique 10 de l'un des pixels de la matrice de pixels (voir figure 1B).Each of the charge collection electrodes 121 delimits, here laterally, the pyroelectric capacitance 10 of one of the pixels of the pixel matrix (see FIG. Figure 1B ).

L'étage 130 comprenant un matériau pyroélectrique est constitué ici d'une pleine couche comprenant du poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) ou l'un de ses dérivés (notamment le copolymère PVDF-TrFE, TrFE pour Tri-fluoro-éthylène).The stage 130 comprising a pyroelectric material is constituted here of a full layer comprising polyvinylidene fluoride (PVDF) or one of its derivatives (in particular the copolymer PVDF-TrFE, TrFE for tri-fluoro-ethylene) .

En variante, la couche 130 comprend du nitrure d'aluminium (AIN), du titanate de baryum (BaTiO3), du Titano-Zirconate de Plomb (PZT), ou tout autre matériau pyroélectrique.Alternatively, the layer 130 comprises aluminum nitride (AIN), barium titanate (BaTiO 3 ), lead Titano-Zirconate (PZT), or any other pyroelectric material.

La couche 130 s'étend d'un seul tenant, et sans ouverture, en recouvrant l'ensemble des électrodes de collecte de charges 121 de l'étage 120.The layer 130 extends in one piece, and without opening, covering all of the charge collection electrodes 121 of the stage 120.

Chaque portion de la couche 130, située au regard d'une électrode de collecte de charges 121, forme la portion en matériau pyroélectrique d'un pixel de la matrice de pixels.Each portion of the layer 130, facing a charge collection electrode 121, forms the pyroelectric material portion of a pixel of the pixel matrix.

L'étage 140 de blindage électromagnétique forme un étage électriquement conducteur, comportant une couche de blindage en un matériau composite décrit ci-après.The electromagnetic shielding stage 140 forms an electrically conductive stage, comprising a shielding layer made of a composite material described hereinafter.

Il est apte à être connecté à une source de potentiel constant, par exemple à la masse.It is able to be connected to a source of constant potential, for example to ground.

L'étage 140 s'étend de préférence d'un seul tenant, et sans ouverture, au-dessus de l'ensemble des électrodes de collecte de charges 121 de l'étage 120, c'est-à-dire en passant par tous les pixels de la matrice de pixels.The stage 140 preferably extends in one piece, and without opening, above all the charge collection electrodes 121 of the stage 120, that is to say passing through all the pixels of the pixel matrix.

Ici, l'étage 140 forme également une électrode de référence, commune à tous les pixels de la matrice de pixels. En d'autres termes, chaque portion de l'étage 140, située au regard d'une électrode de collecte de charges 121, forme l'électrode de référence d'un pixel de la matrice de pixels.Here, the stage 140 also forms a reference electrode, common to all the pixels of the pixel matrix. In other words, each portion of the stage 140, located opposite a charge collection electrode 121, forms the reference electrode of a pixel of the pixel matrix.

La couche d'isolation électrique 160 est constituée d'un matériau diélectrique, par exemple du polyimide. Elle présente de préférence une épaisseur inférieure à 5 µm, par exemple égale à 1 µm.The electrical insulation layer 160 is made of a dielectric material, for example polyimide. It preferably has a thickness less than 5 microns, for example equal to 1 micron.

Selon le mode de réalisation des figures 1A et 1B, chaque pixel de la matrice de pixels comporte en outre un élément de chauffage, les éléments de chauffage s'étendant ici dans l'étage de chauffage 170.According to the embodiment of Figures 1A and 1B each pixel of the pixel matrix further comprises a heating element, the heating elements extending here in the heating stage 170.

Ici, les éléments de chauffage d'une même ligne de pixels sont reliés électriquement entre eux pour former une bande de chauffage 171. Les bandes de chauffage 171 sont aptes à recevoir un courant de chauffage, pour fournir un chauffage par effet Joule, de manière à réaliser une détection de type actif. Elles sont constituées de préférence d'un métal, par exemple de l'or ou de l'argent.Here, the heating elements of the same row of pixels are electrically interconnected to form a heating band 171. The heating strips 171 are adapted to receive a heating current, to provide a heating effect Joule, of to perform an active type detection. They are preferably made of a metal, for example gold or silver.

La couche de protection 180 forme la couche la plus externe du capteur. Elle permet de limiter l'usure liée à des contacts répétés avec un objet à imager, notamment avec la peau. La couche de protection 180 est par exemple une couche en DLC (Diamond Like Carbon), en résine, en polyimide, etc. Elle présente généralement une épaisseur comprise entre quelques micromètres et 25 µm.The protective layer 180 forms the outermost layer of the sensor. It makes it possible to limit the wear associated with repeated contacts with an object to be imaged, in particular with the skin. The protective layer 180 is for example a layer of DLC (Diamond Like Carbon), resin, polyimide, etc. It generally has a thickness of between a few micrometers and 25 microns.

Une surface supérieure 181 de la couche de protection 180, du côté opposé au substrat 110, forme une surface de contact du capteur de motifs thermique 100. En fonctionnement, un objet à imager tel qu'une empreinte papillaire est appliqué contre ladite surface de contact 181, de manière à réaliser des échanges thermiques avec l'étage comprenant un matériau pyroélectrique.An upper surface 181 of the protective layer 180, on the opposite side of the substrate 110, forms a contact surface of the thermal pattern sensor 100. In operation, an object to be imaged such as a papillary impression is applied against said contact surface 181, so as to perform heat exchange with the stage comprising a pyroelectric material.

Selon l'invention, l'étage 140 de blindage électromagnétique comprend une couche de blindage 141, en matériau composite, recouvrant l'ensemble des électrodes de collecte de charges 121 de l'étage 120.According to the invention, the electromagnetic shielding stage 140 comprises a shielding layer 141, made of composite material, covering all of the charge collection electrodes 121 of the stage 120.

Un matériau composite est composé d'au moins deux constituants, assemblés ensemble en une structure hétérogène. Ces constituants restent distincts et séparés dans le matériau composite. Ils présentent chacun des propriétés physiques ou chimiques différentes. Le matériau composite présente quant à lui des propriétés que chacun des constituants, pris seul, ne présente pas. On peut considérer qu'il combine, ou moyenne, des propriétés physiques ou chimiques de ses différents constituants.A composite material is composed of at least two components, assembled together into a heterogeneous structure. These constituents remain separate and separated in the composite material. They each have different physical or chemical properties. The composite material has properties that each of the constituents, taken alone, does not have. It can be considered that it combines, or average, physical or chemical properties of its various constituents.

Le matériau composite est constitué ici par :

  • des structures allongées électriquement conductrices, ici des nanofils métalliques 1411 ; et
  • un agglomérant 1412, nommé également liant, ou matrice, dans lequel sont noyés les nanofils métalliques 1411.
The composite material is constituted here by:
  • elongated electrically conductive structures, here metal nanowires 1411; and
  • a binder 1412, also called binder, or matrix, in which are embedded the metal nanowires 1411.

Ici, l'étage 140 de blindage électromagnétique est entièrement constitué de ladite couche de blindage 141.Here, the electromagnetic shielding stage 140 consists entirely of said shielding layer 141.

L'agglomérant 1412 forme un milieu environnant, dans lequel s'étendent les nanofils métalliques 1411.The binder 1412 forms a surrounding medium in which the metal nanowires 1411 extend.

L'agglomérant 1412 est constitué généralement d'un matériau polymère nommé matrice polymère. Il assure la cohésion des nanofils métalliques 1411, et leur maintien en position dans la couche de blindage, fixes les uns relativement aux autres. Il forme un milieu environnantThe binder 1412 generally consists of a polymeric material called a polymer matrix. It ensures the cohesion of the metal nanowires 1411, and their holding in position in the shielding layer, fixed relative to each other. It forms a surrounding environment

Les nanofils métalliques 1411 sont physiquement isolés les uns des autres par des portions de l'agglomérant 1412, excepté, le cas échéant, au niveau d'un ou plusieurs point(s) de contact entre deux nanofils voisins. La densité desdits points de contact augmente avec la densité de nanofils métalliques 1411 dans le matériau composite.The metal nanowires 1411 are physically isolated from each other by portions of the binder 1412, except, where appropriate, at one or more point (s) of contact between two neighboring nanowires. The density of said contact points increases with the density of metal nanowires 1411 in the composite material.

L'agencement des nanofils représenté sur les figures est purement illustratif, et ne limite en rien le champ de l'invention.The arrangement of the nanowires shown in the figures is purely illustrative, and in no way limits the scope of the invention.

Selon l'invention :

  • l'agglomérant 1412 forme un mauvais conducteur thermique ; et
  • les nanofils métalliques 1411 sont constitués d'un matériau formant un bon conducteur thermique.
According to the invention:
  • the binder 1412 forms a bad thermal conductor; and
  • the metal nanowires 1411 consist of a material forming a good thermal conductor.

Ainsi, la chaleur circule rapidement dans la couche de blindage, principalement en passant par les nanofils métalliques 1411.Thus, the heat circulates rapidly in the shielding layer, mainly via metal nanowires 1411.

En outre, les nanofils métalliques 1411 sont globalement thermiquement isolés les uns des autres, par des portions de l'agglomérant 1412. L'isolation thermique entre les nanofils métalliques 1411 diminue, lorsque la densité de nanofils dans le matériau composite augmente.In addition, the metal nanowires 1411 are generally thermally isolated from each other by portions of the binder 1412. The thermal insulation between the metal nanowires 1411 decreases, as the density of nanowires in the composite material increases.

L'épaisseur H de la couche de blindage 141 en matériau composite est définie selon l'axe (Oz), orthogonal au plan du substrat.The thickness H of the shielding layer 141 of composite material is defined along the axis (Oz), orthogonal to the plane of the substrate.

Le pas P de pixel est défini dans un plan parallèle au plan du substrat.The pitch P pixel is defined in a plane parallel to the plane of the substrate.

De préférence, les pixels de la matrice de pixels sont répartis selon une matrice à maille carrée, présentant un même pas P selon les axes (Ox) et (Oy). Si les pixels sont répartis selon un maillage défini par plusieurs pas, par exemple un maillage rectangulaire défini par un pas selon (Ox) et un pas selon (Oy), on considère le plus petit de ces pas.Preferably, the pixels of the pixel matrix are distributed according to a square mesh matrix having the same pitch P along the axes (Ox) and (Oy). If the pixels are distributed according to a mesh defined by several steps, for example a rectangular mesh defined by a step according to (Ox) and a step according to (Oy), consider the smallest of these steps.

Le pas P de pixel est au moins 20 fois supérieur à l'épaisseur H, et même au moins 50 fois supérieur à l'épaisseur H.The pixel pitch P is at least 20 times greater than the thickness H, and even at least 50 times greater than the thickness H.

De préférence, l'épaisseur H est inférieure à 1 µm, par exemple égale à 0,6 µm ou 0,5 µm.Preferably, the thickness H is less than 1 μm, for example equal to 0.6 μm or 0.5 μm.

Le pas P de pixel correspond au pas de répartition des électrodes de collecte de charge, par exemple 50,8 µm ou 80 µm, ou préférentiellement 90 µm.The pixel pitch P corresponds to the distribution pitch of the charge collection electrodes, for example 50.8 μm or 80 μm, or preferably 90 μm.

La chaleur circule dans la couche de blindage 141 en matériau composite, principalement en passant par les nanofils métalliques 1411.The heat flows in the shielding layer 141 of composite material, mainly via the metal nanowires 1411.

Grâce notamment au rapport élevé entre le pas de pixel P, selon (Ox), respectivement (Oy), et l'épaisseur H de la couche de blindage 141, selon (Oz), on peut obtenir à la fois :

  • des transferts thermiques rapides à travers la couche de blindage 141, selon l'axe (Oz) ; et
  • des transferts thermiques limités d'un pixel à l'autre de la matrice de pixels, au niveau de la couche de blindage 141.
Thanks in particular to the high ratio between the pixel pitch P, according to (Ox), respectively (Oy), and the thickness H of the shielding layer 141, according to (Oz), it is possible to obtain at the same time:
  • rapid thermal transfers through the shielding layer 141, along the axis (Oz); and
  • limited heat transfer from one pixel to the other of the matrix of pixels, at the level of the shielding layer 141.

Les nanofils métalliques 1411 sont constitués d'un matériau présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 100 W.m-1K-1.The metal nanowires 1411 consist of a material having a thermal conductivity greater than or equal to 100 Wm -1 K -1 .

Les nanofils métalliques 1411 comprennent par exemple un métal tel que l'argent, l'or, le cuivre, l'aluminium, etc. Ils sont par exemple en argent, avec une conductivité thermique comprise entre 400 et 429 W.m-1K-1 (selon un taux d'impuretés du métal argent).The metal nanowires 1411 comprise, for example, a metal such as silver, gold, copper, aluminum, etc. They are for example silver, with a thermal conductivity of between 400 and 429 Wm -1 K -1 (depending on a level of impurities of the silver metal).

L'agglomérant 1412 est constitué de préférence d'un matériau présentant une conductivité thermique inférieure ou égale à 10 W.m-1K-1.The binder 1412 is preferably made of a material having a thermal conductivity less than or equal to 10 Wm -1 K -1 .

De manière encore plus préférée, il est constitué d'un matériau présentant une conductivité thermique inférieure ou égale à 1 W.m-1K-1.Even more preferably, it consists of a material having a thermal conductivity less than or equal to 1 Wm -1 K -1 .

Il est par exemple en PEDOT :PSS (mélange de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) et le poly(styrène sulfonate) de sodium (PSS)), présentant une conductivité thermique de 0,3 W.m-1K-1.It is for example in PEDOT: PSS (mixture of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly (styrene sulfonate) sodium (PSS)), having a thermal conductivity of 0.3 Wm -1 K -1 .

En tout état de cause, la conductivité thermique du matériau formant les nanofils métalliques 1411 est de préférence au moins dix fois supérieure à celle de l'agglomérant 1412.In any event, the thermal conductivity of the material forming the metal nanowires 1411 is preferably at least ten times greater than that of the binder 1412.

La couche de blindage 141 forme une couche électriquement conductrice. En particulier, elle doit pouvoir être alimentée en tension, ce qui ne nécessite pas pour autant la conduction d'un courant dans toute ladite couche.The shielding layer 141 forms an electrically conductive layer. In particular, it must be able to be supplied with voltage, which does not require the conduction of a current throughout said layer.

Plusieurs solutions permettent d'obtenir cette propriété de conduction électrique.Several solutions make it possible to obtain this property of electrical conduction.

Une première solution consiste à utiliser un agglomérant 1412 électriquement isolant, combiné à une grande densité de nanofils métalliques 1411.A first solution is to use an electrically insulating binder 1412 combined with a high density of metal nanowires 1411.

Les nanofils 1412, puisqu'ils sont constitués de métal, sont électriquement conducteurs. En d'autres termes, ils sont constitués d'un matériau présentant une faible résistivité électrique, par exemple environ 16.10-9 Ω.m pour l'argent, ou 23.10-9 Ω.m pour l'or.Nanowires 1412, since they consist of metal, are electrically conductive. In other words, they consist of a material having a low electrical resistivity, for example about 16.10 -9 Ω.m for silver, or 23.10 -9 Ω.m for gold.

Puisque l'agglomérant est électriquement isolant, la conduction électrique est assurée par les nanofils métalliques 1412, qui forment alors ensemble un réseau dit percolé. En d'autres termes, on peut relier ensemble des couples de deux points appartenant à deux bords opposés de la couche de blindage, par une suite continue de nanofils, chacun en contact physique direct avec le suivant.Since the binder is electrically insulating, the electrical conduction is provided by the metal nanowires 1412, which together form a so-called perforated network. In other words, couples of two points belonging to two opposite edges of the shielding layer can be connected together by a continuous sequence of nanowires, each in direct physical contact with the next.

L'agglomérant 1412 électriquement isolant est par exemple une matrice polymère en polyvinylpyrrolidone (PVP), ou en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), ou en polystyrène (PS), ou en CYTOP™ (polymère fluoré amorphe).The electrically insulating binder 1412 is, for example, a polyvinylpyrrolidone (PVP), or poly (methyl methacrylate) (PMMA), or polystyrene (PS), or CYTOP ™ (amorphous fluoropolymer) polymer matrix.

Cette première solution donne accès à une large gamme de matériaux pour former l'agglomérant, et à une large gamme d'encres pour réaliser la couche de blindage en matériau composite (voir ci-après).This first solution gives access to a wide range of materials to form the binder, and a wide range of inks to achieve the composite material shielding layer (see below).

Selon une deuxième solution, l'agglomérant 1412 est électriquement conducteur.According to a second solution, the binder 1412 is electrically conductive.

L'agglomérant peut être en PEDOT :PSS, ou en PEDOT, de résistivité électrique égale à 50000.10-9 Ω.m.The binder can be in PEDOT: PSS, or in PEDOT, of electrical resistivity equal to 50000.10 -9 Ω.m.

Le PEDOT et le PEDOT :PSS ont pour avantage qu'ils peuvent être déposés sans nécessité d'une atmosphère contrôlée. Pour autant, d'autres matériaux ne sont pas exclus, tels que le poly(p-phénylène sulfide), le polypyrrole (PPY), le polythiophène (PT), le polyacétylène (PAC), la polyaniline (PAni), la mélanine, des diélectriques organiques, etc.PEDOT and PEDOT: PSS have the advantage that they can be deposited without the need for a controlled atmosphere. However, other materials are not such as poly (p-phenylene sulfide), polypyrrole (PPY), polythiophene (PT), polyacetylene (PAC), polyaniline (PAni), melanin, organic dielectrics, etc.

La résistivité électrique du matériau formant l'agglomérant 1412 peut être bien supérieure à celle d'un métal, par exemple supérieure ou égale à 10000.10-9 Ω.m, puisque la couche de blindage en matériau composite est destinée à supporter de faibles courants seulement.The electrical resistivity of the material forming the agglomerator 1412 can be much greater than that of a metal, for example greater than or equal to 10000 × 10 -9 Ω.m, since the composite material shielding layer is intended to withstand weak currents only. .

Dans cette deuxième solution, les nanofils métalliques 1412 peuvent former ensemble un réseau non percolé.In this second solution, the metal nanowires 1412 can together form a non-perforated network.

Cette deuxième solution permet d'utiliser un matériau composite ayant une faible densité de nanofils métalliques, ce qui limite les transferts de chaleur d'un pixel à l'autre de la matrice de pixels, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs nanofil(s).This second solution makes it possible to use a composite material having a low density of metal nanowires, which limits heat transfer from one pixel to the other of the pixel matrix, via one or more nanowires ( s).

Les nanofils métalliques 1411 présentent de préférence chacun un diamètre compris entre 10 nm et 300 nm, plus particulièrement entre 10 nm et 100 nm. De tels diamètres évitent de perturber des couches déposées au-dessus de la couche de blindage, du côté opposé au substrat.The metal nanowires 1411 preferably each have a diameter of between 10 nm and 300 nm, more particularly between 10 nm and 100 nm. Such diameters avoid disturbing layers deposited above the shielding layer on the opposite side of the substrate.

De préférence, les nanofils métalliques 1411 présentent chacun une longueur strictement inférieure au pas de pixel de la matrice de pixels. Cette longueur est comprise généralement entre 5 µm et 100 µm, en fonction de la taille du pas de pixel.Preferably, the metal nanowires 1411 each have a length strictly less than the pixel pitch of the pixel matrix. This length is generally between 5 microns and 100 microns, depending on the size of the pixel pitch.

En tout état de cause, la densité de nanofils métalliques 1411 est comprise de préférence entre 20% et 40% en poids du matériau composite. Une telle proportion permet de limiter la diffusion latérale de la chaleur, par l'intermédiaire des nanofils métalliques.In any case, the density of metal nanowires 1411 is preferably between 20% and 40% by weight of the composite material. Such a proportion limits the lateral diffusion of heat via metal nanowires.

Avec un agglomérant 1412 électriquement conducteur, le matériau composite 141 comporte de préférence entre 20% et 30% en poids de nanofils métalliques 1411.With an electrically conductive binder 1412, the composite material 141 preferably comprises between 20% and 30% by weight of metal nanowires 1411.

Avec un agglomérant 1412 électriquement isolant, le matériau composite 141 comporte de préférence entre 30% et 40% en poids de nanofils métalliques 1411, par exemple 35% en poids.With an electrically insulating binder 1412, the composite material 141 preferably comprises between 30% and 40% by weight of metal nanowires 1411, for example 35% by weight.

De préférence, la couche de blindage 141, en matériau composite, compte entre 200 et 300 nanofils/mm2, par exemple entre 220 et 260 nanofils/mm2.Preferably, the shielding layer 141, made of composite material, has between 200 and 300 nanowires / mm 2 , for example between 220 and 260 nanowires / mm 2 .

En pratique, deux nanofils au maximum s'étendent dans la couche de blindage 141, dans le sens de l'épaisseur.In practice, two nanowires maximum extend in the shielding layer 141, in the direction of the thickness.

Le premier mode de réalisation tel que décrit ci-dessus présente en outre l'avantage de ne pas requérir d'alignement particulier de l'étage de blindage électromagnétique, relativement aux pixels de la matrice de pixels.The first embodiment as described above also has the advantage of not requiring special alignment of the electromagnetic shielding stage relative to the pixels of the pixel matrix.

La figure 1C illustre, selon une vue en coupe dans un plan parallèle au plan (yOz), une variante 100' du mode de réalisation des figures 1A et 1B.The figure 1C illustrates, in a sectional view in a plane parallel to the plane (yOz), a variant 100 'of the embodiment of the Figures 1A and 1B .

Cette variante ne diffère de celle des figures 1A et 1B qu'en ce que le matériau composite de la couche de blindage 141' comporte en outre des particules de graphène 1413, réparties avec les nanofils métalliques 1411 dans l'agglomérant 1412.This variant does not differ from that of Figures 1A and 1B in that the composite material of the shielding layer 141 'further comprises graphene particles 1413, distributed with the metal nanowires 1411 in the binder 1412.

Le graphène est un matériau bidimensionnel dont l'empilement constitue le graphite, le graphite étant une forme cristallisée du carbone. Le graphène est thermiquement et électriquement conducteur.Graphene is a two-dimensional material whose stack constitutes graphite, graphite being a crystallized form of carbon. Graphene is thermally and electrically conductive.

Les particules de graphène désignent des amas planaires en graphène, répartis ici dans la couche de blindage, et orientés selon des plans parallèles au plan du substrat.The graphene particles denote planar clusters in graphene, distributed here in the shielding layer, and oriented in planes parallel to the plane of the substrate.

Les particules de graphène présentent une géométrie planaire. Elles présentent une section de largeur comprise entre 1 µm et 10 µm, et une épaisseur comprise entre quelques nanomètres et 100 nm.Graphene particles have a planar geometry. They have a section width of between 1 micron and 10 microns, and a thickness between a few nanometers and 100 nm.

De préférence, les particules de graphène sont réalisées à l'aide d'une encre imprimable à base de graphène, par exemple l'encre Vor-ink ™. Les particules de graphène, réparties dans le matériau composite, permettent de diriger localement la température selon l'axe (Oz). Le transfert thermique est d'autant plus efficace que la section des particules de graphène est importante.Preferably, the graphene particles are made using a printable ink based on graphene, for example Vor-ink ™ ink. The graphene particles, distributed in the composite material, make it possible to direct the temperature locally along the axis (Oz). Thermal transfer is all the more effective as the section of the graphene particles is important.

Les particules de graphène, de grande section et d'épaisseur réduite, sont donc complémentaires des nanofils métallique, de faible section et de grande longueur.The graphene particles, of large section and reduced thickness, are therefore complementary to metal nanowires, of small section and of great length.

Les particules de graphène présentent en outre l'avantage de faire une bonne interface avec la couche 130 comprenant un matériau pyroélectrique.The graphene particles also have the advantage of making a good interface with the layer 130 comprising a pyroelectric material.

Elles peuvent en outre établir des contacts électriques et thermiques entre des nanofils voisins.They can further establish electrical and thermal contacts between neighboring nanowires.

Le matériau composite comporte par exemple entre 10% et 30% en poids de particules de graphène.The composite material comprises for example between 10% and 30% by weight of graphene particles.

Selon que l'agglomérant 1412 est électriquement conducteur ou non, et selon la densité de nanofils métalliques, la quantité préférée de particules de graphène varie.Depending on whether the binder 1412 is electrically conductive or not, and depending on the density of metal nanowires, the preferred amount of graphene particles varies.

Avec un agglomérant 1412 électriquement conducteur, le matériau composite comporte par exemple entre 10% et 20% en poids de particules de graphène. Il comporte par exemple 35% en poids de nanofils métalliques, 50% en poids d'agglomérant, et 15% en poids de particules de graphène, ou même 25% en poids de nanofils métalliques, 50% en poids d'agglomérant, et 15% en poids de particules de graphène.With an electrically conductive binder 1412, the composite material comprises for example between 10% and 20% by weight of graphene particles. It comprises, for example, 35% by weight of metal nanowires, 50% by weight of agglomerator, and 15% by weight of graphene particles, or even 25% by weight of metal nanowires, 50% by weight of agglomerant, and % by weight of graphene particles.

Avec un agglomérant 1412 électriquement isolant, le matériau composite comporte par exemple entre 20% et 30% en poids de particules de graphène. Il comporte par exemple 35% en poids de nanofils métalliques, 40% en poids d'agglomérant, et 25% en poids de particules de graphène, ou même 25% en poids de nanofils métalliques, 40% en poids d'agglomérant, et 25% en poids de particules de graphène.With an electrically insulating binder 1412, the composite material comprises for example between 20% and 30% by weight of graphene particles. It comprises, for example, 35% by weight of metal nanowires, 40% by weight of binder, and 25% by weight of graphene particles, or even 25% by weight of metal nanowires, 40% by weight of agglomerant, and % by weight of graphene particles.

Les figures 2A et 2B illustrent de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'un capteur de motifs thermiques 200 selon l'invention. La figure 2A est une vue schématique de dessus (en transparence), dans un plan parallèle au plan (xOy). La figure 2B est une vue en coupe dans un plan BB' parallèle au plan (yOz).The Figures 2A and 2B schematically illustrate a second embodiment of a thermal pattern sensor 200 according to the invention. The Figure 2A is a schematic view from above (in transparency), in a plane parallel to the plane (xOy). The Figure 2B is a sectional view in a plane BB 'parallel to the plane (yOz).

Ce deuxième mode de réalisation ne diffère du mode de réalisation des figures 1A et 1B qu'en ce que l'étage de blindage électromagnétique 240 comporte en outre des plots 242, chaque plot étant ici constitué d'un matériau thermiquement conducteur tel que du graphène ou un métal.This second embodiment differs from the embodiment of the Figures 1A and 1B that the electromagnetic shielding stage 240 further comprises pads 242, each pad being constituted by a thermally conductive material such as graphene or a metal.

Les plots 242 s'entendent entièrement dans la couche de blindage en matériau composite.The pads 242 are entirely in the shielding layer of composite material.

De préférence, ils s'enfoncent dans la couche de blindage en matériau composite, depuis sa face inférieure, située du côté du substrat 210. Le matériau composite s'étend alors entre les plots, et au-dessus des plots du côté opposé au substrat 210. On peut alors identifier, dans l'étage de blindage électromagnétique 240 :

  • une sous-couche inférieure, située du côté du substrat 210, et recevant les plots 242 entourés de matériau composite ; et
  • une sous-couche supérieure, située au-dessus de la sous-couche inférieure, et entièrement constituée du matériau composite.
Preferably, they penetrate into the composite material shielding layer, from its lower face, located on the side of the substrate 210. The composite material then extends between the pads, and above the pads on the side opposite the substrate. 210. It is then possible to identify, in the electromagnetic shielding stage 240:
  • a lower sub-layer, located on the side of the substrate 210, and receiving the pads 242 surrounded by composite material; and
  • an upper sub-layer, located above the lower sub-layer, and made entirely of the composite material.

Ici, l'étage de blindage électromagnétique 240 est constitué de la couche de blindage en matériau composite et desdits plots 242.Here, the electromagnetic shielding stage 240 consists of the shielding layer of composite material and said pads 242.

Ici, les plots 242 sont répartis régulièrement, en lignes et en colonnes, de sorte que chaque pixel de la matrice de pixel comporte un seul et unique plot 242. En d'autres termes, chaque pixel de la matrice de pixels comporte une portion de l'étage de blindage électromagnétique 240, et ladite portion reçoit un unique plot 242.Here, the pads 242 are distributed regularly, in rows and in columns, so that each pixel of the pixel matrix comprises a single and single pad 242. In other words, each pixel of the pixel matrix comprises a portion of the electromagnetic shielding stage 240, and said portion receives a single pad 242.

De préférence, le centre géométrique d'un plot 242 et le centre géométrique du pixel associé définissent ensemble un axe parallèle à l'axe (Oz).Preferably, the geometric center of a pad 242 and the geometric center of the associated pixel together define an axis parallel to the axis (Oz).

Les plots 242 présentent par exemple une forme de cylindre de révolution, présentant :

  • un diamètre D (dimension dans un plan parallèle au plan du substrat 210) ; et
  • une hauteur h (dimension selon l'axe (Oz), orthogonal au plan du substrat 210).
The studs 242 have for example a cylinder shape of revolution, presenting:
  • a diameter D (dimension in a plane parallel to the plane of the substrate 210); and
  • a height h (dimension along the axis (Oz), orthogonal to the plane of the substrate 210).

Ici, chaque plot 242 s'enfonce, selon l'axe (Oz) orthogonal au plan du substrat, sur moins de la moitié de l'épaisseur H de la couche de blindage en matériau composite.Here, each stud 242 sinks, along the axis (Oz) orthogonal to the plane of the substrate, on less than half the thickness H of the shielding layer of composite material.

Le diamètre D est inférieur au pas de pixel de la matrice de pixels, par exemple deux fois inférieur au pas de la matrice de pixels. Ce diamètre D est compris par exemple 10 µm et 100 µm, de préférence entre 50 µm et 60 µm. (Les plots 242 sont sous-dimensionnés sur les figures 2A et 2B.)The diameter D is less than the pixel pitch of the pixel matrix, for example two times smaller than the pitch of the pixel matrix. This diameter D is for example 10 μm and 100 μm, preferably between 50 μm and 60 μm. (The studs 242 are undersized on the Figures 2A and 2B .)

En tout état de cause, les plots 242 sont physiquement isolés les uns des autres, sans contact physique direct entre eux.In any case, the pads 242 are physically isolated from each other, without direct physical contact between them.

Les plots 242 coopèrent avec les nanofils métalliques du matériau composite, pour favoriser des transferts thermiques selon l'axe (Oz), dans l'étage 240 de blindage électromagnétique, et limiter des transferts thermiques transverses dans ledit étage 240, dans des plans (xOy).The studs 242 cooperate with the metal nanowires of the composite material, to promote heat transfer along the axis (Oz), in the electromagnetic shielding stage 240, and limit transverse heat transfer in said stage 240, in planes (xOy ).

De préférence, les plots sont réalisés à l'aide d'une encre imprimable, par exemple une encre à base de graphène, pour des plots en graphène, ou une encre métallique, pour des plots comprenant un métal.Preferably, the pads are made using a printable ink, for example a graphene-based ink, for graphene pads, or a metal ink, for pads comprising a metal.

Les conditions énoncées ci-dessus, relatives à l'épaisseur H de la couche de blindage en matériau composite s'appliquent également dans ce deuxième mode de réalisation, dans lequel des plots sont intégrés dans ladite couche de blindage.The conditions stated above, relating to the thickness H of the composite material shielding layer also apply in this second embodiment, wherein pads are integrated in said shielding layer.

L'invention n'est pas limitée à des plots 242 en forme de cylindre de révolution.The invention is not limited to studs 242 in the form of a cylinder of revolution.

Ils peuvent présenter une forme comportant un corps central cylindrique encadré verticalement entre un chapeau et un pied concaves. Le diamètre d'un plot correspond alors au diamètre de son corps central cylindrique.They may have a shape comprising a cylindrical central body vertically framed between a hat and a concave foot. The diameter of a pad then corresponds to the diameter of its central cylindrical body.

Selon d'autres variantes, non représentées, les plots présentent des sections non circulaires dans des plans parallèles au plan du substrat, par exemple des sections carrés ou rectangulaires, de côté compris par exemple entre 10 µm et 40 µm.According to other variants, not shown, the studs have non-circular sections in planes parallel to the plane of the substrate, for example square or rectangular sections, side included for example between 10 microns and 40 microns.

Le cas échéant, on peut définir le diamètre d'un plot comme étant la plus grande longueur mesurée selon un axe rectiligne, sur ce plot, dans un plan parallèle au plan du substrat.Where appropriate, it is possible to define the diameter of a stud as being the greatest length measured along a rectilinear axis, on this stud, in a plane parallel to the plane of the substrate.

Les plots se distinguent d'éventuelles particules de graphène du matériau composite, notamment par leurs dimensions : leur diamètre est supérieur à 10 µm.The pads are distinguished from any graphene particles of the composite material, in particular by their dimensions: their diameter is greater than 10 microns.

La figure 2C illustre, selon une vue en coupe dans un plan parallèle au plan (yOz), une variante 200' du mode de réalisation des figures 2A et 2B.The Figure 2C illustrates, in a sectional view in a plane parallel to the plane (yOz), a variant 200 'of the embodiment of the Figures 2A and 2B .

Cette variante ne diffère de celle des figures 2A et 2B qu'en ce que le matériau composite comporte en outre des particules de graphène 2413, réparties avec les nanofils métalliques 2411 dans l'agglomérant 2412.This variant does not differ from that of Figures 2A and 2B in that the composite material further comprises graphene particles 2413, distributed with the metal nanowires 2411 in the binder 2412.

Les figures 3A et 3B illustrent de manière schématique un troisième mode de réalisation d'un capteur de motifs thermiques 300 selon l'invention. La figure 3A est une vue schématique de dessus, dans un plan parallèle au plan (xOy). La figure 3B est une vue en coupe dans un plan CC' parallèle au plan (xOz).The Figures 3A and 3B schematically illustrate a third embodiment of a thermal pattern sensor 300 according to the invention. The figure 3A is a schematic view from above, in a plane parallel to the plane (xOy). The figure 3B is a sectional view in a plane CC 'parallel to the plane (xOz).

Dans ce troisième mode de réalisation, chaque pixel comporte un élément de chauffage, et ces éléments de chauffage sont mis à profit pour réaliser un adressage passif des pixels du capteur.In this third embodiment, each pixel comprises a heating element, and these heating elements are used for passive addressing of the sensor pixels.

Les éléments de chauffage d'une même ligne de pixels sont reliés électriquement entre eux pour former une bande de chauffage 371. Chaque bande de chauffage 371 est configurée pour pouvoir être activée indépendamment des autres bandes de chauffage. En d'autres termes, les éléments de chauffage des pixels d'une même ligne de pixels sont aptes à chauffer les portions en matériau pyroélectrique des pixels de ladite ligne, indépendamment des éléments de chauffage des pixels des autres lignes. Les bandes de chauffage 371 présentent chacune une première extrémité, adaptée à être connectée à un potentiel électrique non nul, et une seconde extrémité, reliée de préférence à la masse. Ici, les secondes extrémités de toutes les bandes de chauffage sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'une portion conductrice 373.The heating elements of the same pixel line are electrically interconnected to form a heating band 371. Each heating band 371 is configured to be activated independently of the other heating strips. In other words, the heating elements of the pixels of the same pixel line are able to heat the pyroelectric material portions of the pixels of said line, independently of the heating elements of the pixels of the other lines. The heating strips 371 each have a first end, adapted to be connected to a non-zero electrical potential, and a second end, preferably connected to ground. Here, the second ends of all the heating strips are interconnected via a conductive portion 373.

En outre, les électrodes de collecte de charges d'une même colonne de pixels sont reliées électriquement entre elles pour former une macro-électrode de collecte de charges 321. Chaque macro-électrode de collecte de charges 321 est formée par une bande électriquement conductrice, en contact avec les portions en matériau pyroélectrique des pixels de ladite colonne de pixels, et distincte des bandes électriquement conductrices formant les macro-électrodes de collecte de charges des autres colonnes de pixels.In addition, the charge collection electrodes of the same column of pixels are electrically connected together to form a charge collection macro-electrode 321. Each charge collection macro-electrode 321 is formed by an electrically conductive strip, in contact with the pyroelectric material portions of the pixels of said column of pixels, and distinct from the electrically conductive bands forming the charge collection macroelectrodes of the other columns of pixels.

Chaque macro-électrode de collecte de charges 321 permet de mesurer la somme des charges pyroélectriques, générées dans une même colonne de pixels. Si l'on n'active à chaque instant qu'une seule des bandes de chauffage 371, dans chaque colonne de pixels il n'y a qu'un seul pixel qui génère des charges pyroélectriques. Les charges pyroélectriques collectées par la macro-électrode de collecte de charges 321 se rapportent alors à cet unique pixel. On réalise ainsi un adressage passif des pixels du capteur.Each macro-charge collection electrode 321 makes it possible to measure the sum of the pyroelectric charges generated in the same column of pixels. If only one of the heating bands 371 is activated at each instant, in each column of pixels there is only one pixel that generates pyroelectric charges. The pyroelectric charges collected by the macro charge collection electrode 321 then relate to this single pixel. Passive pixel addressing of the sensor is thus performed.

Un tel capteur est décrit dans la demande de brevet français n° 16 57391 , mentionnée en introduction.Such a sensor is described in French patent application no. 16 57391 , mentioned in the introduction.

Les termes « ligne » et « colonne » peuvent être échangés, ce qui correspondrait à une simple rotation à 90° du capteur.The terms "line" and "column" can be exchanged, which would correspond to a simple 90 ° rotation of the sensor.

Dans le mode de réalisation des figures 3A et 3B, le capteur de motifs thermiques 300 comporte, superposés dans cet ordre, au-dessus du substrat 310 :

  • un étage 320 d'électrodes de collecte de charges, recevant les macro-électrodes de collecte de charge 321 ;
  • un étage 330 comprenant un matériau pyroélectrique, identique à celui décrit en référence aux figures 1A et 1B ;
  • un étage 340 de blindage électromagnétique, identique à celui décrit en référence aux figures 2A et 2B ;
  • une couche 360 d'isolation électrique, telle que décrite en référence aux figures 1A et 1B ;
  • un étage 370 dit étage de chauffage, recevant les bandes de chauffage 371; et
  • une couche de protection 380, telle que décrite en référence aux figures 1A et 1B.
In the embodiment of Figures 3A and 3B , the thermal pattern sensor 300 comprises, superimposed in this order, above the substrate 310:
  • a stage 320 of charge collection electrodes receiving the charge collection macroelectrodes 321;
  • a stage 330 comprising a pyroelectric material, identical to that described with reference to Figures 1A and 1B ;
  • a stage 340 of electromagnetic shielding, identical to that described with reference to Figures 2A and 2B ;
  • a layer 360 of electrical insulation, as described with reference to Figures 1A and 1B ;
  • a stage 370 called heating stage, receiving the heating strips 371; and
  • a protective layer 380, as described with reference to Figures 1A and 1B .

La surface de contact 381 du capteur est formée ici par une face supérieure de la couche de protection 380, du côté opposé au substrat 310.The contact surface 381 of the sensor is formed here by an upper face of the protective layer 380, on the side opposite the substrate 310.

L'étage 320 d'électrodes de collecte de charges est semblable à ce qui a été décrit en référence aux figures 1A et 1B, excepté que les électrodes de collecte de charges d'une même colonne de pixels sont formées ensemble d'un seul tenant. Elles sont réparties, selon l'axe (Ox), selon un pas de répartition inférieur ou égal à 150 µm, par exemple 90 µm, ou 80 µm, ou 50,8 µm.The charge collection electrode stage 320 is similar to that described with reference to FIGS. Figures 1A and 1B except that the charge collection electrodes of the same column of pixels are formed together in one piece. They are distributed, along the axis (Ox), in a distribution pitch less than or equal to 150 microns, for example 90 microns, or 80 microns, or 50.8 microns.

Les bandes de chauffage 371 de l'étage de chauffage 370 sont réparties, selon l'axe (Oy), de préférence selon un pas de répartition identique au pas de répartition des macro-électrodes de collecte de charge 321. En tout état de cause, les bandes de chauffage de l'étage 370 sont réparties de préférence selon un pas inférieur ou égal à 150 µm, par exemple 90 µm, ou 80 µm, ou 50,8 µm. Les bandes de chauffage 371 comprennent de préférence un métal, par exemple de l'or ou de l'argent.The heating strips 371 of the heating stage 370 are distributed, along the axis (Oy), preferably in a distribution pitch identical to the distribution pitch of the charge collection macroelectrodes 321. In any case , the heating bands of the stage 370 are preferably distributed in a pitch less than or equal to 150 microns, for example 90 microns, or 80 microns, or 50.8 microns. The heating strips 371 preferably comprise a metal, for example gold or silver.

Chaque pixel 30 de la matrice de pixel est délimité latéralement par l'intersection entre une macro-électrode de collecte de charges 321, et une bande de chauffage 371. En d'autres termes, chaque pixel est délimité latéralement, dans des plans parallèles au plan du substrat, par les contours de l'intersection entre la projection orthogonale, dans un tel plan, d'une macro-électrode de collecte de charges 321, et la projection orthogonale, dans ce même plan, d'une bande de chauffage 371.Each pixel of the pixel matrix is laterally delimited by the intersection between a charge collection macroelectrode 321 and a heating band 371. In other words, each pixel is delimited laterally in planes parallel to the plane of the substrate, by the contours of the intersection between the orthogonal projection, in such a plane, of a macro-charge-collecting electrode 321, and the orthogonal projection, in this same plane, of a heating band 371 .

Chaque pixel 30 reçoit un unique plot 342 de l'étage 340 de blindage électromagnétique. Ce plot s'étend donc, dans l'étage 340 de blindage électromagnétique, en traversant une région d'intersection située dans un plan parallèle au plan du substrat, à l'intersection entre une projection orthogonale d'une macro-électrode 321 et une projection orthogonale d'une bande de chauffage 371.Each pixel 30 receives a single pad 342 of the electromagnetic shielding stage 340. This stud therefore extends, in the electromagnetic shielding stage 340, through an intersection region located in a plane parallel to the plane of the substrate, at the intersection between an orthogonal projection of a macro-electrode 321 and a orthogonal projection of a heating strip 371.

La figure 3C illustre une variante 300', qui ne diffère du mode de réalisation des figures 3A et 3B qu'en ce que l'étage de blindage électromagnétique s'étend au-dessus de l'étage de chauffage.The figure 3C illustrates a variant 300 ', which differs from the embodiment of the Figures 3A and 3B in that the electromagnetic shielding stage extends above the heating stage.

En particulier, le capteur de motifs thermiques 300' comporte, superposées dans cet ordre au-dessus du substrat 310' :

  • l'étage 320' d'électrodes de collecte de charges ;
  • l'étage 330' comprenant un matériau pyroélectrique ;
  • l'étage de chauffage 370' ;
  • la couche 360' d'isolation électrique ;
  • l'étage 340' de blindage électromagnétique ; et
  • la couche de protection 380' telle que décrite ci-avant, distincte de l'étage 340' de blindage électromagnétique.
In particular, the thermal pattern sensor 300 'comprises, superimposed in this order above the substrate 310':
  • the stage 320 'of charge collection electrodes;
  • stage 330 'comprising a pyroelectric material;
  • the heating stage 370 ';
  • the 360 'layer of electrical insulation;
  • the stage 340 'of electromagnetic shielding; and
  • the protective layer 380 'as described above, distinct from the stage 340' of electromagnetic shielding.

Selon cette variante, chaque ligne de chauffage de l'étage de chauffage 370' forme également une électrode de référence, commune à tous les pixels d'une ligne de pixels de la matrice de pixels. Ladite ligne de chauffage est apte à être connectée à une source de potentiel, elle-même adaptée à faire circuler un courant non nul dans la ligne de chauffage. Ce courant doit rester constant pendant la lecture des charges sur les électrodes de collecte de charge des pixels associés. Lorsque l'autre côté de la ligne de chauffage est connecté à la masse, ladite source de potentiel alterne avantageusement entre deux valeurs constantes : une valeur nulle où la ligne de chauffage ne chauffe pas, et une valeur non nulle où la ligne de chauffage fournit un chauffage par effet Joule.According to this variant, each heating line of the heating stage 370 'also forms a reference electrode, common to all the pixels of a row of pixels of the pixel matrix. Said heating line is adapted to be connected to a source of potential, itself adapted to circulate a non-zero current in the heating line. This current must remain constant during the reading of the loads on the charge collection electrodes of the associated pixels. When the other side of the heating line is connected to ground, said source of potential advantageously alternates between two constant values: a zero value where the heating line does not heat, and a non-zero value where the heating line provides heating by Joule effect.

En variante, l'étage de chauffage 370' comporte des couples de deux bandes parallèles entre elles, l'une dédiée au chauffage d'une ligne de pixels, et l'autre formant une électrode de référence commune pour les pixels de la même ligne de pixels.In a variant, the heating stage 370 'comprises pairs of two strips parallel to each other, one dedicated to heating a line of pixels, and the other forming a common reference electrode for the pixels of the same line. pixels.

Selon une autre variante, l'étage de blindage électromagnétique ne comporte pas de plots thermiquement conducteurs.According to another variant, the electromagnetic shielding stage does not comprise thermally conductive pads.

Selon des variantes non représentées du mode de réalisation des figures 3A et 3B, et du mode de réalisation de la figure 3C, les électrodes de collecte de charge d'une même colonne de pixels ne sont pas reliées entre elles, et l'adressage des pixels est de type actif et requiert des moyens de sélection dans chaque pixel, tels que des transistors.According to non-represented variants of the embodiment of the Figures 3A and 3B , and the embodiment of the figure 3C , the charge collection electrodes of the same column of pixels are not interconnected, and the addressing of the pixels is of the active type and requires selection means in each pixel, such as transistors.

Selon des variantes non représentées du mode de réalisation des figures 3A et 3B, et du mode de réalisation de la figure 3C, le matériau composite dans l'étage de blindage électromagnétique 340, ou 340', comporte en outre des particules de graphène.According to non-represented variants of the embodiment of the Figures 3A and 3B , and the embodiment of the figure 3C the composite material in the electromagnetic shielding stage 340, or 340 ', further comprises graphene particles.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus, et de nombreuses variantes peuvent être mises en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention.The invention is not limited to the examples described above, and many variants can be implemented without departing from the scope of the invention.

En particulier, l'invention s'applique à tout type de capteur thermique comportant une matrice de capacités pyroélectriques, avec ou sans éléments de chauffage, avec des éléments de chauffage distincts ou agencés en bandes de chauffage parallèles entre elles.In particular, the invention applies to any type of thermal sensor comprising a matrix of pyroelectric capacitors, with or without heating elements, with separate heating elements or arranged in heating strips parallel to each other.

Dans les exemples ci-dessus, les structures allongées électriquement conductrices de la couche de blindage sont des nanofils métalliques. En complément ou en variante, il peut s'agir de nanotubes, en particulier des nanotubes de carbone.In the above examples, the elongated electrically conductive structures of the shielding layer are metal nanowires. In addition or alternatively, it may be nanotubes, in particular carbon nanotubes.

Selon une variante de l'invention, lesdites structures allongées électriquement conductrices ne s'étendent pas dans un agglomérant tel qu'une matrice d'accueil polymérique, mais sont enchevêtrées entre elles et entourées d'un gaz tel que l'air formant le milieu environnant selon l'invention. Le milieu environnant étant alors électriquement non conducteur, les structures allongées électriquement conductrices s'étendent alors en un réseau percolé.According to a variant of the invention, said elongated electrically conductive structures do not extend in an agglomerate such as a polymeric host matrix, but are entangled with each other and surrounded by a gas such as air forming the medium. surrounding according to the invention. The surrounding environment being then electrically non-conductive, the elongated electrically conductive structures then extend into a pierced network.

L'invention s'applique plus particulièrement à des capteurs dans lesquels une distance entre la surface de contact et le plan des faces supérieures des électrodes inférieures des capacités pyroélectriques, et inférieure ou égale au pas de pixel du capteur.The invention applies more particularly to sensors in which a distance between the contact surface and the plane of the upper faces of the lower electrodes of the pyroelectric capacitors, and less than or equal to the pixel pitch of the sensor.

Le capteur de motifs thermiques selon l'invention peut comporter des éléments de chauffage qui ne sont pas reliés entre eux selon des lignes de chauffage.The thermal pattern sensor according to the invention may comprise heating elements which are not interconnected along heating lines.

L'invention n'est pas non plus limitée à une détection de type actif, et couvre également des capteurs adaptés à une détection de type passif, sans élément de chauffage pour chauffer les portions en matériau pyroélectrique des pixels du capteur.The invention is also not limited to active type detection, and also covers sensors suitable for passive type detection, without heating element for heating the pyroelectric material portions of the sensor pixels.

Lorsque les dimensions du pixel le permettent, chaque pixel de la matrice de pixels peut comporter une pluralité de plots de l'étage de blindage électromagnétique.When the pixel dimensions permit, each pixel of the pixel matrix may comprise a plurality of pads of the electromagnetic shielding stage.

Dans tous les modes de réalisation, l'étage de blindage électromagnétique s'étend entre l'étage comprenant un matériau pyroélectrique et la surface de contact du capteur. Pour autant, des étages intercalaires peuvent être situés entre l'étage de blindage électromagnétique et l'étage comprenant un matériau pyroélectrique, respectivement entre l'étage de blindage électromagnétique et la surface de contact. En particulier, une couche de protection s'étend avantageusement entre l'étage de blindage électromagnétique et la surface de contact, distincte de l'étage de blindage électromagnétique. En tout état de cause, une couche de protection forme une couche distincte de l'étage de blindage électromagnétique.In all embodiments, the electromagnetic shielding stage extends between the stage comprising a pyroelectric material and the contact surface of the sensor. However, intermediate stages can be located between the electromagnetic shielding stage and the stage comprising a pyroelectric material, respectively between the electromagnetic shielding stage and the contact surface. In particular, a protective layer advantageously extends between the electromagnetic shielding stage and the contact surface, distinct from the electromagnetic shielding stage. In any case, a protective layer forms a layer distinct from the electromagnetic shielding stage.

De préférence, l'étage de blindage électromagnétique est entièrement constitué de la couche de blindage en matériau composite tel que décrite ci-avant, ou d'un ensemble comportant des plots thermiquement conducteurs et ladite couche de blindage.Preferably, the electromagnetic shielding stage consists entirely of the shielding layer of composite material as described above, or of an assembly comprising thermally conductive pads and said shielding layer.

Le capteur peut inclure au moins un circuit de lecture, pour mesurer une quantité de charges collectée par une électrode de collecte de charges, et, le cas échéant, au moins un circuit de pilotage du chauffage, pour l'envoi de signaux électriques permettant de chauffer les pixels du capteur par l'intermédiaire des éléments de chauffage. Il peut comporter en outre un circuit électronique de traitement apte à construire une image globale d'un motif thermique, à partir de mesures réalisées au niveau de chacun des pixels du capteur.The sensor may include at least one read circuit, for measuring a quantity of charges collected by a charge collection electrode, and, if necessary, at least one heating control circuit, for sending electrical signals enabling heat the sensor pixels through the heating elements. It may further comprise an electronic processing circuit suitable for constructing an image overall of a thermal pattern, from measurements made at each pixel of the sensor.

Le motif thermique pouvant être imagé par le capteur peut être une empreinte papillaire, ou tout autre motif associé à un objet ayant une capacité thermique et une chaleur massique.The thermal pattern that can be imaged by the sensor may be a papillary impression, or any other pattern associated with an object having a thermal capacity and a specific heat.

Un procédé de fabrication l'étage de blindage électromagnétique peut comporter les étapes suivantes :

  • dépôt, directement sur l'étage comportant un matériau pyroélectrique ou sur une couche au-dessus de l'étage comportant un matériau pyroélectrique, d'une encre comportant, en suspension dans un solvant, des nanofils métalliques, des particules du matériau de l'agglomérant, et le cas échéant des particules de graphène ; puis
  • évacuation du solvant, pour former la couche de blindage en matériau composite.
A method of manufacturing the electromagnetic shielding stage may comprise the following steps:
  • depositing, directly on the stage comprising a pyroelectric material or on a layer above the stage comprising a pyroelectric material, an ink comprising, in suspension in a solvent, metallic nanowires, particles of the material of the agglomerating and, where appropriate, graphene particles; then
  • evacuation of the solvent, to form the shielding layer of composite material.

Dans ce cas, la composition du matériau composite, donnée ci-avant à l'aide de pourcentages en poids, correspond à la composition de l'encre après évacuation du solvant.In this case, the composition of the composite material, given above using percentages by weight, corresponds to the composition of the ink after removal of the solvent.

En variante, l'encre comporte uniquement les nanofils métalliques, en suspension dans un solvant. Après évacuation du solvant, il ne reste que les nanofils métalliques.Alternatively, the ink comprises only metal nanowires, suspended in a solvent. After evacuation of the solvent, only the metallic nanowires remain.

Le cas échéant, des espaces entre les nanofils métalliques sont remplis ultérieurement par le matériau d'une couche déposée ensuite au-dessus des nanofils métalliques, par exemple le matériau d'une couche d'isolation électrique. En variante, le matériau d'une couche déposée ensuite au-dessus des nanofils métalliques ne parvient pas à s'insérer entre les nanofils, de sorte que les nanofils restent entourés d'un gaz tel que l'air.Where appropriate, spaces between the metal nanowires are subsequently filled by the material of a layer deposited subsequently above the metal nanowires, for example the material of an electrical insulation layer. Alternatively, the material of a layer then deposited above the metal nanowires fails to fit between the nanowires, so that the nanowires remain surrounded by a gas such as air.

Le solvant est choisi pour ne pas dissoudre la couche sur laquelle l'encre est déposée, par exemple pour ne pas dissoudre une couche comportant un matériau pyroélectrique.The solvent is chosen so as not to dissolve the layer on which the ink is deposited, for example so as not to dissolve a layer comprising a pyroelectric material.

Il s'agit par exemple d'un solvant qui ne dissout pas le PVDF et qui dissout le polystyrène (agglomérant), tel que le butyl-acétate, le propyl-acétate, ou le PGMEA (Propylène glycol méthyl éther acétate).It is for example a solvent which does not dissolve PVDF and which dissolves polystyrene (agglomerating agent), such as butyl acetate, propyl acetate or PGMEA (propylene glycol methyl ether acetate).

En variante, il peut s'agir d'un solvant qui ne dissout pas le PVDF et qui dissout le PMMA (agglomérant), tel que le 2-méthoxyéthanol, le butyl-acétate, l'éthoxyéthanol, l'éthyl acétate, le propyl acétate, ou le PGMEA.Alternatively, it may be a solvent which does not dissolve the PVDF and which dissolves the PMMA (binder), such as 2-methoxyethanol, butyl acetate, ethoxyethanol, ethyl acetate, propyl acetate, or the PGMEA.

En variante, il peut s'agir d'un solvant qui ne dissout pas le PVDF et qui dissout le PEDOT :PSS ou la PAni (agglomérant), tel que l'eau.Alternatively, it may be a solvent that does not dissolve the PVDF and dissolves the PEDOT: PSS or PAni (binder), such as water.

L'encre est déposée de manière à s'étendre d'un seul tenant et sans ouverture au-dessus du substrat.The ink is deposited to extend in one piece and without opening above the substrate.

L'encre est déposée par une technique d'impression telle que la sérigraphie, l'impression par jet d'encre, l'héliogravure, la flexogravure, l'offset gravure, etc.The ink is deposited by a printing technique such as screen printing, inkjet printing, rotogravure, flexo-engraving, offset etching, etc.

Le cas échéant, on forme des plots en matériau thermiquement conducteur au-dessus de l'étage comportant un matériau pyroélectrique, avant ladite étape de dépôt de l'encre. Les plots peuvent également être réalisés par dépôt d'une encre.Where appropriate, pads of thermally conductive material are formed above the stage comprising a pyroelectric material, before said step of depositing the ink. The pads can also be made by depositing an ink.

En variante, l'encre comporte des nanotubes, notamment des nanotubes de carbone, en complément ou à la place des nanofils métalliques.As a variant, the ink comprises nanotubes, in particular carbon nanotubes, in addition to or in place of the metal nanowires.

Claims (15)

Capteur de motifs thermiques (100 ; 100' ; 200 ; 200' ; 300 ; 300') comportant une matrice de pixels, chaque pixel comportant au moins une capacité pyroélectrique, formée par une portion en matériau pyroélectrique disposée entre une électrode dite de collecte de charges (121) et une électrode dite de référence, et la matrice de pixels comportant, superposés au-dessus d'un substrat (110 ; 210 ; 310 ; 310') : - un étage (120 ; 320; 320') d'électrodes de collecte de charges, comportant les électrodes de collecte de charge de chacun des pixels ; et - un étage (130 ; 330 ; 330') comprenant un matériau pyroélectrique, comportant les portions en matériau pyroélectrique de chacun des pixels ; la matrice de pixels comportant en outre un étage dit de blindage électromagnétique (140 ; 240 ; 340 ; 340'), électriquement conducteur, situé entre l'étage (130 ; 330 ; 330') comprenant un matériau pyroélectrique et une surface de contact (181 ; 381) pour y appliquer un objet à imager;
caractérisé en ce que l'étage de blindage électromagnétique (140 ; 240 ; 340 ; 340') comprend une couche de blindage (141; 141' ; 241) qui comporte des nanofils et/ou nanotubes (1411; 2411) baignant dans un milieu nommé milieu environnant, lesdits nanofils et/ou nanotubes étant constitués chacun d'un matériau présentant une conductivité thermique supérieure à celle dudit milieu environnant , et en ce qu'un rapport entre un pas de répartition (P) des pixels de la matrice de pixels et une épaisseur (H) de la couche de blindage (141 ; 141' ; 241) est supérieur ou égal à 20.
Thermal pattern sensor (100; 100 ';200;200';300; 300 ') having a matrix of pixels, each pixel having at least one pyroelectric capacitance formed by a pyroelectric material portion disposed between a so-called charges (121) and a so-called reference electrode, and the matrix of pixels comprising, superposed above a substrate (110; 210; 310; 310 '): a stage (120; 320; 320 ') of charge collection electrodes comprising the charge collection electrodes of each of the pixels; and a stage (130; 330; 330 ') comprising a pyroelectric material, comprising the pyroelectric material portions of each of the pixels; the pixel array further comprising an electrically conductive electromagnetic shielding stage (140; 240; 340; 340 ') located between the stage (130; 330; 330') comprising a pyroelectric material and a contact surface ( 181; 381) to apply an object to be imaged;
characterized in that the electromagnetic shielding stage (140; 240; 340; 340 ') comprises a shielding layer (141; 141'; 241) which comprises nanowires and / or nanotubes (1411; 2411) embedded in a medium called the surrounding medium, said nanowires and / or nanotubes being each constituted of a material having a thermal conductivity greater than that of said surrounding medium, and in that a ratio between a distribution pitch (P) of the pixels of the pixel matrix and a thickness (H) of the shielding layer (141; 141 '; 241) is greater than or equal to 20.
Capteur de motifs thermiques (100 ; 100' ; 200 ; 200' ; 300 ; 300') selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau des nanofils et/ou nanotubes (1411 ; 2411) présente une conductivité thermique au moins dix fois supérieure à celle dudit milieu environnant (1412 ; 2412).Thermal pattern sensor (100; 100 ';200;200';300; 300 ') according to claim 1, characterized in that the material of the nanowires and / or nanotubes (1411; 2411) has a thermal conductivity at least ten times greater than that of said surrounding medium (1412; 2412). Capteur de motifs thermiques (100 ; 100' ; 200 ; 200' ; 300 ; 300') selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche de blindage (141 ; 141' ; 241) est constituée d'un matériau composite, le matériau composite comportant lesdits nanofils et/ou nanotubes (1411 ; 2411) intégrés dans un agglomérant (1412 ; 2412) qui forme ledit milieu environnant.Thermal pattern sensor (100; 100 ';200;200';300; 300 ') according to claim 1 or 2, characterized in that the shielding layer (141; 141'; 241) consists of a composite material , the composite material comprising said nanowires and / or nanotubes (1411; 2411) integrated in an agglomerate (1412; 2412) which forms said surrounding medium. Capteur de motifs thermiques (100 ; 100' ; 200 ; 200' ; 300 ; 300') selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau composite comporte entre 20% et 40% en poids de nanofils et/ou nanotubes (1411 ; 2411).Thermal pattern sensor (100; 100; 200; 200; 300; 300 ') according to claim 3, characterized in that the composite material comprises between 20% and 40% by weight of nanowires and / or nanotubes (1411; 2411). Capteur de motifs thermiques (100 ; 100' ; 200 ; 200' ; 300 ; 300') selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'agglomérant (1412 ; 2412) est une matrice polymère électriquement isolante, et en ce que les nanofils et/ou nanotubes (1411 ; 2411) forment ensemble un réseau percolé.Thermal pattern sensor (100; 100 ';200;200';300; 300 ') according to claim 3 or 4, characterized in that the binder (1412; 2412) is an electrically insulating polymer matrix, and in that the nanowires and / or nanotubes (1411; 2411) together form a perforated network. Capteur de motifs thermiques (100 ; 100' ; 200 ; 200' ; 300 ; 300') selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'agglomérant (1412 ; 2412) est une matrice polymère électriquement conductrice, et en ce que les nanofils et/ou nanotubes (1411; 2411) forment ensemble un réseau non percolé.Thermal pattern sensor (100; 100 ';200;200';300; 300 ') according to claim 3 or 4, characterized in that the binder (1412; 2412) is an electrically conductive polymer matrix, and in that the nanowires and / or nanotubes (1411; 2411) together form a non-perforated network. Capteur de motifs thermiques (100 ; 100' ; 200 ; 200' ; 300 ; 300') selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les nanofils et/ou nanotubes (1411 ; 2411) présentent chacun une longueur strictement inférieure au pas de pixels (P) de la matrice de pixels.Thermal pattern sensor (100; 100 ';200;200';300; 300 ') according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that the nanowires and / or nanotubes (1411; 2411) each have a length strictly less than the pixel pitch (P) of the pixel array. Capteur de motifs thermiques (100' ; 200') selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le matériau composite comporte en outre des particules de graphène (1413 ; 2413).Thermal pattern sensor (100 ';200') according to any one of claims 3 to 7, characterized in that the composite material further comprises graphene particles (1413; 2413). Capteur de motifs thermiques (100' ; 200') selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau composite comporte en outre entre 10% et 30% en poids de particules de graphène (1413 ; 2413).Thermal pattern sensor (100 ';200') according to claim 8, characterized in that the composite material further comprises between 10% and 30% by weight of graphene particles (1413; 2413). Capteur de motifs thermiques (200 ; 200' ; 300 ; 300') selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'étage de blindage électromagnétique (240 ; 340 ; 340') comprend en outre des plots (242 ; 342) comportant du graphène ou du métal.Thermal pattern sensor (200; 200 ';300;300') according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the electromagnetic shielding stage (240; 340; 340 ') further comprises pads ( 242; 342) having graphene or metal. Capteur de motifs thermiques (300 ; 300') selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que : - chaque pixel comporte en outre un élément de chauffage, apte à chauffer par effet Joule la portion en matériau pyroélectrique dudit pixel ; et - un étage de chauffage (370 ; 370'), comportant les éléments de chauffage de chacun des pixels, s'étend dans la matrice de pixels entre l'étage comprenant un matériau pyroélectrique (330 ; 330') et la surface de contact (381). Thermal pattern sensor (300; 300 ') according to one of Claims 1 to 10, characterized in that : each pixel furthermore comprises a heating element capable of heating, by Joule effect, the portion of pyroelectric material of said pixel; and a heating stage (370; 370 '), comprising the heating elements of each of the pixels, extends in the matrix of pixels between the stage comprising a pyroelectric material (330; 330') and the contact surface ( 381). Capteur de motifs thermiques (300 ; 300') selon la revendication 11, caractérisé en ce que : - les éléments de chauffage d'une même ligne de pixels sont formés ensemble d'un seul tenant, en une même bande de chauffage (371) ; - les électrodes de collecte de charges d'une même colonne de pixels sont formées ensemble d'un seul tenant, en une même macro-électrode de collecte de charges (321) ; et - l'étage de blindage électromagnétique (340 ; 340') comprend en outre une matrice de plots (342) comportant du graphène ou du métal, chaque plot (342) s'étendant à travers une région d'intersection entre une projection d'une bande de chauffage (371) et une projection d'une macro-électrode de collecte de charges (321), lesdites projections étant des projections orthogonales dans un plan parallèle à une face supérieure ou inférieure du substrat (310 ; 310'). Thermal pattern sensor (300; 300 ') according to claim 11, characterized in that : - The heating elements of the same pixel line are formed together in one piece, in the same heating band (371); the charge collection electrodes of the same column of pixels are formed together in one piece, in the same load collection macro-electrode (321); and the electromagnetic shielding stage (340; 340 ') further comprises a matrix of studs (342) comprising graphene or metal, each stud (342) extending through a region of intersection between a projection of a heating band (371) and a projection of a charge collection macro-electrode (321), said projections being orthogonal projections in a plane parallel to an upper or lower face of the substrate (310; 310 '). Capteur de motifs thermiques (300) selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la matrice de pixels comporte, superposés : - l'étage d'électrodes de collecte de charges (320) ; - l'étage comprenant un matériau pyroélectrique (330) ; - l'étage de blindage électromagnétique (340), formant en outre les électrodes de référence des pixels de la matrice de pixels ; - une couche d'isolation électrique (360) ; et - l'étage de chauffage (370). Thermal pattern sensor (300) according to claim 11 or 12, characterized in that the matrix of pixels comprises, superimposed: the charge collection electrode stage (320); the stage comprising a pyroelectric material (330); the electromagnetic shielding stage (340), further forming the reference electrodes of the pixels of the pixel matrix; an electrical insulation layer (360); and the heating stage (370). Capteur de motifs thermiques (300') selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la matrice de pixels comporte, superposés : - l'étage d'électrodes de collecte de charges (320') ; - l'étage comprenant un matériau pyroélectrique (330') ; - l'étage de chauffage (370'), les éléments de chauffage formant en outre les électrodes de référence des pixels de la matrice de pixels ; - une couche d'isolation électrique (360') ; et - l'étage de blindage électromagnétique (340'). Thermal pattern sensor (300 ') according to claim 11 or 12, characterized in that the matrix of pixels comprises, superimposed: the charge collection electrode stage (320 '); the stage comprising a pyroelectric material (330 '); the heating stage (370 '), the heating elements also forming the reference electrodes of the pixels of the pixel matrix; an electrical insulation layer (360 '); and the electromagnetic shielding stage (340 '). Procédé de fabrication de la matrice de pixels d'un capteur de motifs thermiques (100 ; 100' ; 200 ; 200' ; 300 ; 300') selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'une étape de réalisation de l'étage de blindage électromagnétique (140 ; 240 ; 340 ; 340') comporte un dépôt d'une encre comprenant, en suspension dans un solvant, lesdits nanofils et/ou nanotubes (1411 ; 2411).A method of manufacturing the pixel array of a thermal pattern sensor (100; 100 ';200;200';300; 300 ') according to any one of claims 1 to 14, characterized in that a step of embodiment of the electromagnetic shielding stage (140; 240; 340; 340 ') comprises a deposition of an ink comprising, in suspension in a solvent, said nanowires and / or nanotubes (1411; 2411).
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